中科大开发出新型类脑芯片，模拟真实的人脑突触连接，人工智能将像人类一样思考

本文来自微信公众号：SF 中文 （ID：kexuejiaodian），作者：SF

文 | 梅林

我们的人工智能其实并没有“脑子”，它什么也不懂，也不会思考，更不会感知，甚至连文字、图像的含义它都无法理解。目前的人工智能都是用大量数据训练出来的，每一次训练，神经网络都会对每层单元接收的数据和输出的数据进行调整，以便能输出更准确的答案。人工智能做的只是基于大量的训练数据，多数据进行处理，给出类似人类“思考”的答案。

比如，ChatGPT 根本没有任何地理知识，却能告诉你法国的首都在哪里。当然，前提是在训练过程中，输入的数据里包含“法国”“首都”和“巴黎”这 3 个词。它在回答这个问题时，只是分析词语之间的关系 —— 法国、首都常和巴黎一起出现。

为此，科学家设想，可以模拟人类大脑处理信息的机制，开发出计算芯片及相应的硬件系统，让计算机和人工智能能像人类一样思考，成为真正意义上的“人工智能”。

让人工智能更像人脑

近期，中国科学技术大学的研究团队，制备了基于二氧化钒相变薄膜的类脑神经元器件，也就是我们常说的类脑芯片。中科大的科学家利用这种新式芯片，对神经元突触在外部刺激下的动态连接进行了模拟，展示了类脑神经系统中多通道信号传递和处理的过程。

如果未来将这些类脑芯片联结成人工神经网络，它们将模拟人脑中的神经网络工作，配备这种神经网络的计算机和人工智能将像人类一样思考。

什么是类脑芯片？

借鉴人脑的信息处理方式，用器件来模拟大脑的神经系统，创建出一种虚拟大脑，或者通过脑机交互将机器与生命体融合，创建虚拟大脑与生物大脑相结合的超级大脑，最终目标是建立一种人造的超级大脑，这就是类脑研究。在类脑研究中，用来模拟人脑神经系统的神经元器件就是类脑芯片。简单来说，类脑芯片就相当于我们大脑中一个个的神经元，它们组成了类似人脑的神经系统。

了解了什么是类脑芯片，可能有的伙伴会问了，科学家用类脑芯片模拟人类大脑有什么用呢。目前，类脑研究的成果已经应用于多模态目标跟踪、机器人空间定位、多尺度脑模拟、机器人群体控制等方面。

但是，随着类脑研究的发展，以及应用场景越来越复杂，如何让计算机、人工智能更智能、更接近人脑成了科学家关注的重点。为此科学家提出了脉冲神经网络的方案，与目前主流的类脑研究方案相比，脉冲神经网络的工作机制更接近人脑，因此在效率、运算量和应用性方面更有优势。类脑芯片正是构建脉冲神经网络的基础。

突破瓶颈，模拟人脑的突触连接

早在 2005 年，美国就提出了类脑研究的计划。现在，中国、日本、欧盟国家也都相继开展了类脑研究。虽然基于类脑芯片的类脑研究成了当前的研究热点，科学家也取得了一些成果，但是距离类脑芯片的大规模商业化运营还有很长一段路要走。

由于制作芯片的材料主要是硅，因此当前的人工智能被称为硅基人工智能。利用这样的硅基芯片来模拟人脑的神经系统，特别是突触连接是很难的。

中科大的研究团队开发的这种新式类脑芯片，利用二氧化矾相变薄膜为基础材料。由于二氧化矾在接近室温的条件下，能在绝缘体和金属之间发生可逆的导电性能转化，因此是制作模拟突触连接的类脑芯片的理想材料。在这项研究中，科学家采用新方法，突破了制作瓶颈，直接模拟了人脑神经元之间的突触连接过程。这项研究发表在 2023 年 10 月 4 日的《科学・进展》（SCIENCE ADVANCES）上。

参考文献：

• Quantum imaging of the reconfigurable VO2 synaptic electronics for neuromorphic computing | Science Advances

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