一个类似于研究中的装置(右图)，以及一张显示该装置神经元样纳米线排列的电子显微镜图像。
（图片来源：Marc Roseboro/加州大学洛杉矶分校纳米系统研究院）
加州大学洛杉矶分校（UCLA）的科学家James Gimzewski和Adam Stieg是一个国际研究团队的成员，该团队朝着创造能思考机器的目标迈出了重要的一步。
由日本国家材料科学研究所的研究人员领导，该团队创建了一个实验装置展示了类似于大脑的某些行为特征——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形态。
加州大学洛杉矶分校化学和生物化学的杰出教授、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Gimzewski说：“这是一个介于秩序和混沌之间的系统，它处于混沌的边缘，通过这种方式设备不断进化并以变化的方式模仿人脑。它可以提出不同类型的不重复的行为模式。”
这项研究是沿着最终可能导致计算机在物理和功能上近似大脑的道路迈出的第一步——计算机可能能够解决当代计算机难以解决的问题，并且可能需要比今天的计算机少得多的功率。
研究人员所研究的设备是由一团平均直径只有360纳米的银纳米线组成的(纳米是一米的十亿分之一)。这些纳米线被缠绕在大约1纳米厚的绝缘聚合物上。总体而言，该设备本身测量就大约10平方毫米——是那么的小以至于需要25个设备才能覆盖一个一角硬币。
这些纳米线在硅片上随机自组装，形成高度互联的结构，这些结构与大脑新皮层（大脑中涉及语言、感知和认知等高级功能的部分)的结构非常相似。
纳米线网络与传统电子电路的一个差异在于，流经纳米线网络的电子会导致网络的物理配置发生变化。在这项研究中，电流导致银原子在聚合物涂层上迁移，并在两条纳米线重叠的地方形成连接。该系统有大约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大脑状的网格上，以描绘网络的运行情况。他们观察到“紧急行为”，这意味着网络整体上表现出无法分类归因到个体组件上的特点。这是另一个它的网络组装类似于大脑，并使之与传统计算机不同的特征。
电流流经网络后，在某些情况下纳米线之间的连接能持续长达一分钟，这类似于大脑中的学习和记忆过程。在其他时候，充电结束后，连接突然断开以模仿大脑的遗忘过程。
在其他实验中，研究小组发现随着流入的能量减少，该设备表现出的行为与神经科学家使用功能性磁共振扫描拍摄睡眠者大脑图像时所看到的行为相对应。并且随着能量的增加，纳米线网络的行为与清醒大脑的行为相对应程度也会提高。
这篇论文是一系列将纳米线网络作为一个被大脑结构启发并用于研究系统中的最新一篇，这是Gimzewski和加州大学洛杉矶分校（UCLA）的研究科学家兼加州纳米系统研究院（CNSI）的副主任Stieg互相帮助开拓出的一个新兴研究领域。
该研究的合著者Stieg说:“我们的方法可能有助于创造新型硬件，这些硬件不仅节能还能处理挑战现代计算机极限的复杂数据集。”
纳米线网络的临界混沌活动不仅类似于大脑内部的信号，也类似于天气变化等其他自然系统。这可能意味着随着进一步的发展，该设备的未来版本将有助于模拟如此复杂的系统。
在其他实验中，Gimzewski和Stieg已经组装了一种银纳米线装置，并根据前几年的交通数据成功预测了洛杉矶交通模式的统计学上的趋势。
由于它们与大脑的内部工作方式相似，未来基于纳米线技术的设备也能展现大脑运作时的能量效率。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——可以只使用相当于许多家庭能源的能量，减少大量的碳排放。
Gimzewski说：“我们的研究不只是对现有计算机系统进行再编程，它的使命更加宏大，我们的愿景是最终能够创造出有着像人类处理问题的运行系统。”
作者：Wayne Lewis
翻译：王麟涛
审校：罗广桢
引进来源：加州大学洛杉矶分校
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