作者韦恩·刘易斯，洛杉矶加州大学 一个类似于研究中的装置(右)和一个电子显微镜图像，显示了该装置的神经元状纳米线排列
学分:加州大学洛杉矶分校马克·罗斯波罗/CNSI 加州大学洛杉矶分校的科学家詹姆斯·金泽夫斯基和亚当·斯蒂格是一个国际研究团队的成员，这个团队朝着创造思维机器的目标迈出了重要的一步
在日本国家材料科学研究所研究人员的带领下，该团队创造了一种实验装置，展示了类似于大脑某些行为的特征——学习、记忆、遗忘、清醒和睡眠
这篇发表在《科学报告》上的论文描述了一个处于不断变化状态的网络
“这是一个介于秩序和混乱之间的系统，处于混乱的边缘，”加州大学洛杉矶分校杰出的化学和生物化学教授、加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所的成员和该研究的合著者吉姆泽夫斯基说
“该设备不断进化和变化的方式模仿了人脑
它可以提出不同类型的行为模式，不会重复自己
" 这项研究是一条道路上的第一步，这条道路最终可能导致计算机在物理和功能上类似于大脑——这些机器可能能够解决当代计算机难以解决的问题，并且可能比今天的计算机需要更少的功率
研究人员研究的设备由一团银纳米线组成——平均直径只有360纳米
(一纳米是十亿分之一米
)纳米线涂有约1纳米厚的绝缘聚合物
总的来说，该设备本身的尺寸约为10平方毫米——小到用25平方毫米就能覆盖一毛钱
允许纳米线在硅片上随机自组装，纳米线形成了高度互连的结构，这些结构与形成新皮层的结构非常相似，新皮层是大脑中涉及语言、感知和认知等高级功能的部分
纳米线网络区别于传统电子电路的一个特点是，流经纳米线网络的电子会导致网络的物理结构发生变化
在这项研究中，电流导致银原子从聚合物涂层中迁移出来，并在两条纳米线重叠的地方形成连接
该系统大约有1000万个这样的连接，类似于脑细胞连接和交流的突触
研究人员将两个电极连接到类似大脑的网格上，以描绘网络的运行情况
他们观察到了“突发行为”，这意味着网络作为一个整体表现出的特征不能归因于组成它的各个部分
这是使网络类似于大脑并使其区别于传统计算机的另一个特征
在电流流过网络后，纳米线之间的连接在某些情况下会持续长达一分钟，这类似于大脑中的学习和记忆过程
其他时候，连接在充电结束后突然关闭，模仿大脑的遗忘过程
在其他实验中，研究小组发现，在流入的能量较少的情况下，该设备表现出的行为与神经科学家使用功能磁共振成像扫描拍摄睡眠者大脑图像时看到的行为一致
随着能量的增加，纳米线网络的行为与清醒大脑的行为一致
这篇论文是一系列研究纳米线网络的出版物中的最新一篇，纳米线网络是一个受大脑启发的系统，这是金泽夫斯基和加州大学洛杉矶分校的研究科学家、CNSI大学的副主任斯蒂格共同开创的研究领域
这项研究的合著者斯蒂格说:“我们的方法可能有助于产生新型硬件，既节能又能处理挑战现代计算机极限的复杂数据集。”
纳米线网络的边缘混沌活动不仅类似于大脑内部的信号，也类似于天气模式等其他自然系统
这可能意味着，随着进一步的发展，该设备的未来版本可能有助于模拟这种复杂的系统
在其他实验中，金泽夫斯基和斯蒂格已经成功地用一种银纳米线装置根据前几年的交通数据预测了洛杉矶交通模式的统计趋势
由于它们与大脑内部工作方式的相似性，未来基于纳米线技术的设备也可以像大脑自身的处理一样展示能量效率
人脑的工作功率大致相当于20瓦白炽灯泡的功率
相比之下，工作密集型任务发生的计算机服务器——从机器学习培训到执行互联网搜索——可以使用相当于人类家庭的能源价值，以及随之而来的碳足迹
“在我们的研究中，我们有一个更广泛的任务，不仅仅是重新编程现有的计算机，”金泽夫斯基说
“我们的愿景是一个最终能够处理更接近人类运作方式的任务的系统
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