麻省大学阿姆赫斯特分校 从微生物Geobacter(橙色)中获得的蛋白质纳米线(绿色)的图形描述有助于电子忆阻器设备(银)与生物电压一起工作，模拟大脑中的神经元组件(蓝色连接)
信用:UMAs Amherst/Yao实验室 就在10年前，科学家们致力于他们希望打开神经形态计算新领域的工作，他们只能梦想一种使用微型工具的设备，这种设备被称为微型晶体管，其功能/操作类似于真正的大脑突触
但是现在，马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的一个团队在更好地理解蛋白质纳米线的过程中，发现了如何利用这些生物导电细丝来制造神经形态忆阻器或“记忆晶体管”设备
它像大脑一样，以极低的功率运行，在神经元之间传递信号，效率极高
详情见《自然通讯》
作为第一作者，田大福博士
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电气和计算机工程的候选人解释说，神经形态计算的最大障碍之一，也是使它看起来遥不可及的一个障碍，是大多数传统计算机在超过1伏的电压下工作，而大脑在大约80毫伏的电压下在神经元之间发送称为动作电位的信号——低很多倍
他补充说，在早期实验十年后的今天，忆阻器电压已经达到了与传统计算机相似的范围，但低于这个范围似乎不太可能
傅(音译)报道说，他利用微生物学家、合著者德里克·可爱在UMass Amherst从细菌Geobacter中开发的蛋白质纳米线，现在已经进行了忆阻器达到神经电压的实验
这些测试是在电气和计算机工程研究员和合著者姚军的实验室中进行的
姚说:“这是第一次一个设备可以在和大脑相同的电压水平下工作
人们可能甚至不敢希望我们能创造出一种像大脑中的生物对等体一样节能的设备，但现在我们有了超低功耗计算能力的现实证据
这是一个概念上的突破，我们认为它将会在生物学电压领域引起大量的探索
" 可爱指出，地球杆菌的导电蛋白质纳米线比昂贵的硅纳米线有许多优势，后者需要有毒的化学物质和高能工艺来生产
蛋白质纳米线在水中或体液中也更稳定，这是生物医学应用的一个重要特征
他补充说，在这项工作中，研究人员将纳米线从细菌上剪切下来，因此只使用导电蛋白质
傅说，他和姚已经着手将提纯后的纳米线进行测试，看看它们在不同的电压下能做什么
他们实验了正负电荷通过忆阻器中的一根微小金属线发送的脉冲开关模式，这种模式产生了一个电子开关
他们使用金属线，因为蛋白质纳米线有助于金属还原，改变金属离子反应性和电子转移特性
可爱说这种微生物的能力并不令人惊讶，因为野生细菌纳米线会呼吸，并通过化学还原金属来获得能量，就像我们呼吸氧气一样
姚解释说，随着开关脉冲改变金属细丝，新的分支和连接在这个比人类头发直径小100倍的微小装置中产生
它在真实的大脑中创造了一种类似于学习的效果——新的联系
他补充说，“你可以调节纳米线忆阻器突触的导电性或可塑性，这样它就可以模拟生物成分进行大脑启发的计算
与传统计算机相比，这种设备具有非基于软件的学习能力
" 傅回忆说:“在我们做的第一个实验中，纳米线的性能并不令人满意，但它足以让我们坚持下去
”两年多来，他看到了进步，直到有一天，他和姚的目光被电脑屏幕上显示的电压测量结果吸引住了
“我记得那天我们看了这场精彩的表演
我们看着电脑测量电流电压扫描
它不停地往下跳，我们对彼此说，‘哇，它起作用了
这非常令人惊讶，也非常令人鼓舞
" 傅、姚、可爱和他的同事们计划在这个发现的基础上进行更多的机制研究，并在忆阻器中“充分探索蛋白质纳米线的化学、生物学和电子学”，傅说，此外还有可能的应用，例如可能包括一个监测心率的装置
姚补充道，“这为有朝一日这种设备能够与生物系统中的真实神经元对话的可行性带来了希望
"
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