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美國南加州大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新型人工神經(jīng)元，能夠模仿生物大腦細(xì)胞的電化學(xué)行為。這一成果標(biāo)志著神經(jīng)形態(tài)計(jì)算技術(shù)的突破，有望顯著縮小芯片體積、降低能耗，并推動(dòng)通用人工智能（AI）的實(shí)現(xiàn)。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《自然·電子學(xué)》雜志。

這種人工神經(jīng)元不同于傳統(tǒng)的數(shù)字處理器或硅基“類腦芯片”，它能真正模仿生物神經(jīng)元的運(yùn)作方式。在大腦中，神經(jīng)活動(dòng)由化學(xué)物質(zhì)觸發(fā)。而在這種人工神經(jīng)元中，化學(xué)反應(yīng)同樣能驅(qū)動(dòng)信息處理。也就是說，它不是用公式去“模擬”神經(jīng)元的行為，而是通過物理過程去“復(fù)制”大腦的機(jī)制。

在生物系統(tǒng)中，大腦通過電信號(hào)與化學(xué)信號(hào)共同完成信息傳遞。神經(jīng)元先產(chǎn)生電信號(hào)，這些信號(hào)在突觸處轉(zhuǎn)化為化學(xué)信號(hào)，再由化學(xué)信號(hào)激發(fā)下一個(gè)神經(jīng)元形成新的電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)活動(dòng)的連鎖反應(yīng)。

研究團(tuán)隊(duì)此次采用一種被稱為“擴(kuò)散憶阻器”的新型器件，首次在物理層面上高保真地再現(xiàn)了這一過程。擴(kuò)散憶阻器的工作機(jī)制依賴于離子的擴(kuò)散和記憶效應(yīng)。與傳統(tǒng)基于電子流的晶體管不同，離子的運(yùn)動(dòng)更接近大腦中神經(jīng)元的自然活動(dòng)，使得學(xué)習(xí)可以直接在硬件層面發(fā)生。

這種新型人工神經(jīng)元不僅在能源利用方面極為高效，還在結(jié)構(gòu)上大幅簡化。研究團(tuán)隊(duì)表示，一個(gè)擴(kuò)散憶阻器人工神經(jīng)元僅需一個(gè)晶體管的空間，而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)通常需要數(shù)十至數(shù)百個(gè)晶體管。這樣的創(chuàng)新意味著未來芯片的體積和能耗都有望減少幾個(gè)數(shù)量級(jí)，為構(gòu)建更緊湊、更節(jié)能、更接近人腦效率的人工智能系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。