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英意瑞三国科学家创建「神经电子互联网」,马斯克的“第三层大脑”实现了?

更新时间  2021-10-05 23:24 阅读
本文摘要:大脑与互联网创建相连、构建数据动态交互,早已仍然只是一种幻想了。实质上,大脑的功能依赖神经元电路,神经元之间互为认识的部位就是神经元,在融合信息传送与记忆存储、处置方面起着关键作用。 而电子学在仿真神经元和神经元以及脑机模块方面获得了最重要进展。近日,英国、意大利和瑞士的研究人员联合创立了一个混合神经网络,利用互联网将信号从生物神经元传输到人工神经元。

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大脑与互联网创建相连、构建数据动态交互,早已仍然只是一种幻想了。实质上,大脑的功能依赖神经元电路,神经元之间互为认识的部位就是神经元,在融合信息传送与记忆存储、处置方面起着关键作用。

而电子学在仿真神经元和神经元以及脑机模块方面获得了最重要进展。近日,英国、意大利和瑞士的研究人员联合创立了一个混合神经网络,利用互联网将信号从生物神经元传输到人工神经元。当地时间 2020年 2月 25日,科学杂志《大自然·科学报告》刊出了该研究团队取名为 Memristive synapses connect brain and silicon spiking neurons(记忆神经元相连大脑和硅尖峰神经元)的论文。

通过互联网相连生物神经元和人工神经元了解到,该论文主要讲解了仿真现实神经元的传送和可塑性的大脑和硅尖峰神经元之间的记忆联系。值得一提的是,这项研究由三国研究者共同完成:英国南安普敦大学研发了纳米级悲阻器,仿效神经元;意大利帕多瓦大学培育了生物(老鼠)神经元;瑞士苏黎世大学与苏黎世联邦理工学院合作,在硅微芯片上创立了人工神经元,通过用于悲阻器创立的混合神经网络,使得人工神经元和生物神经元需要双向动态通信。具体来讲就是,研究人员利用与金属薄膜氧化钛微电极筛选的悲阻器,将硅神经元相连到老鼠海马体的神经元上(如下图右图),从而证明了一个三神经元脑-硅网络,其中悲压神经元经历了由神经元静电速率驱动的长年强化或诱导。

根据上述叙述,我们不难看出这项研究中的一个关键元素乃是纳米级悲阻器。一般来说情况下,尖峰处置由基于数字冯·诺依曼(Von Neumann)的硬件运营统计算法来管理。但是,依赖将近生物的尖峰信号及处置策略,神经形态电子器件和结构可以说道是比较更佳的计算出来自由选择。

以此为基础,研究人员找到了纳米级悲阻器仿效神经元的可塑性,而用来仿真脑神经元的钝锋电位传送和可塑性过程的,正是钛相连。如下图右图,这个系统只不过是一条单向电路——钛忆阻器 MR1 存储神经元权重作为阻性状态,超薄电容微电极 CME 将性刺激传送给生物神经元,并通过记忆权重展开调节。BN 尖峰由膜片钳微电极记录,然后由忆阻器 MR2 处置,并且经由电流流经,最后传输到第二硅神经元 ANpost。

而另外一个最重要元素则是人工神经元。据报,人工神经元被排序在硅微芯片上。

类似于生物神经元,人工神经元需要发送到、接管可加载和测量的信号。了解到,这是全球首次以这样的方式构建了人工神经元和生物神经元的跨国相连。

研究人员同时也认为,期望这项研究沦为神经电子互联网的开端。对于这一突破,南安普顿大学纳米技术教授兼任电子前沿中心主任 Themis Prodromakis回应:我们对新进展深感十分激动。一方面,它为大自然演化过程中未曾遇上过的新场景奠下了基础,在该场景中生物和人工神经元相互连接并在全球网络中展开交流;另一方面,它为神经修缮技术带给了新的前景,为研究用 AI 芯片替换大脑功能出现异常的部分铺路。马斯克:建构第三层大脑实质上,上述「神经电子互联网」也是特斯拉公司 CEO、SpaceX公司 CEO 兼任 CTO、太阳城公司董事会主席埃隆·马斯克(Elon Musk)的一个脑洞。

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众所周知,人类大脑分成两层:边缘系统:用作控制情绪、长年的记忆和不道德等;大脑皮质:处置简单思想、推理小说和长年规划。回应,马斯克指出,实质上我们的大脑还有第三层——人类早已必不可少的计算机、手机等数字化设备。因此他明确提出了“脑机模块”的概念,让人脑与电脑连接,完备人类大脑的第三层,对另外两层展开补足。

作为一个实干家,2017 年马斯克之后创建了脑机模块公司 Neuralink。Neuralink 正式成立之初,目的协助患上相当严重脑损伤的人(如中风、癌症、先天性疾病患者等)。

在大脑中植入设备后,患者才可自行掌控手机或计算机。2019 年 7 月 16 日 Neuralink的发布会上,马斯克透漏早已有一只参予试验的猴子需要用大脑来掌控电脑了,同时还讲解了已发售的主要技术(参见此前报导):宽度仅有为 4-6 μm、需要传输大量数据的 Thread;神经外科机器人,每分钟能向大脑放入包括 192个电极的 6 个 Thread;自定义芯片,能更佳地加载、清扫、缩放来自大脑的信号;N1 传感器,可映射人体并以无线方式传输数据,加载比当前基于有线系统较少的神经元——人脑中将植入四个传感器(三个坐落于运动区域,另一个坐落于体感传感器区域),它们无线连接到加装在人耳后的外部设备,不受 iPhone 应用于程序控制。实质上,Neuralink早已开始在小白鼠上展开试验,如果平台平稳的话,将通过机器人手术对 Thread 展开植入。

当然,这一过程必须美国食品药品监督管理局的审查。不过,研究脑机模块的并非只有 Neuralink公司,Facebook 的 Building 8 部门、麻省理工学院等大学、研究机构目前都在做到着这方面的希望。

在(公众号:)编辑显然,考虑到还包括无线传输在内的工程妨碍、人类对大脑的了解程度、公众对这类技术安全性的忧虑等等,构建脑机相连绝非易事。正如马斯克本人所说:科技会自己变革,科技进步必须代价,必须远大的目标和大量的辛勤工作,必须有最出色的梦想来唤起人们去建构。

参考资料:https://www.nature.com/articles/s41598-020-58831-9原创文章,予以许可禁令刊登。下文闻刊登须知。


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