烏特勒支大學的理論物理學家與韓國Sogang大學的實驗物理學家一起，成功地製造出了人工突觸。這種突觸在水和鹽的作用下工作，首次證明了使用與我們大腦相同介質的系統可以處理複雜的資訊。相關成果發表在科學期刊《美國國家科學院院刊》。

為了提高傳統計算機的能源效率，科學家們長期以來一直從人腦中尋找靈感。他們希望透過各種方式模仿人腦的非凡能力。這些努力導致了類腦計算機的開發，它擺脫了傳統的二進制處理方式，採用了類似於我們大腦的模擬方法。然而，我們的大腦是以水和稱為離子的溶解鹽粒子為介質運行的，而目前大多數受大腦啟發的電腦則依賴傳統的固體材料。

這就提出了一個問題：我們是否可以透過採用相同的媒介來更忠實地複製大腦的工作原理？這種引人入勝的可能性正是離子神經形態計算這一新興領域的核心。

突觸的圖示。突觸由膠體球組成，球體間有奈米通道。資料來源：烏得勒支大學

在《美國國家科學院院刊》（PNAS）發表的最新研究中，科學家首次展示了一個依靠水和鹽的系統，它具有處理複雜資訊的能力，與我們大腦的功能如出一轍。這項發現的核心是一個150×200 微米的微小裝置，它模仿了突觸的行為–突觸是大腦中負責在神經元之間傳遞訊號的重要組成部分。

烏特勒支大學理論物理研究所和數學研究所的博士生蒂姆-卡姆斯馬（Tim Kamsma）是這項研究的第一作者，他興奮地表示：”雖然能夠處理複雜資訊的人工突觸已經存在，但我們現在首次表明，利用水和鹽也能實現這一創舉。

該裝置由韓國科學家開發，稱為離子電子憶阻器，由一個錐形微通道組成，通道充滿水和鹽溶液。在接收電脈衝時，液體中的離子會經由通道遷移，導致離子濃度的改變。根據脈衝的強度（或持續時間），通道的電導率會相應調整，從而反映出神經元之間連接的加強或減弱。電導的變化程度是輸入訊號的可測量代表。

另一項發現是，通道的長度會影響濃度變化消散所需的持續時間。 「卡姆斯馬闡述說：『這表明有可能定制通道，使其在不同的持續時間內保留和處理訊息，這與我們大腦中觀察到的突觸機制類似。

人工突觸的顯微圖。資料來源：烏得勒支大學

這項發現的起源可以追溯到卡姆斯馬不久前開始博士研究時的一個想法。他將這個以利用人工離子通道完成分類任務為中心的想法轉化為一個強大的理論模型。

卡姆斯馬回憶說：”巧合的是，在此期間，我們與韓國的研究小組有了交集。他們以極大的熱情接受了我的理論，並迅速啟動了基於該理論的實驗工作。令人驚訝的是，僅僅三個月後，初步研究結果就出來了，與卡姆斯馬理論框架中的預測非常吻合。人無比欣喜。

卡姆斯馬強調了這項研究的基礎性，並著重指出，離子神經形態運算雖然發展迅速，但仍處於起步階段。設想中的結果是，與當今技術相比，電腦系統在效率和能耗方面具有極大的優勢。然而，這願景能否實現，目前仍是猜測。不過，卡姆斯馬認為該出版物是向前邁出的重要一步。

他斷言：「這標誌著電腦不僅能夠模仿人腦的通訊模式，而且還能利用相同的媒介，這是一個至關重要的進步。或許，這最終將為計算系統更忠實地複製人腦的非凡能力鋪路。

編譯來源：ScitechDaily