僅在10年前，致力于他們希望開啟神經(jīng)形態(tài)計算新領域的科學家只能夢想使用一種稱為憶阻器的微型工具，該工具可以像真實的腦突觸一樣運作/操作。

但是現(xiàn)在，馬薩諸塞州大學阿默斯特分校的一個團隊發(fā)現(xiàn)了在更好地理解蛋白質納米線的過程中，如何使用這些導電的生物細絲制成神經(jīng)形態(tài)憶阻器或“記憶晶體管”裝置。它像大腦一樣，以非常低的功率非常有效地運行，以在神經(jīng)元之間傳遞信號。詳細信息在《自然通訊》中。

作為第一作者傅天大，博士。解釋說，電氣和計算機工程的候選人是神經(jīng)形態(tài)計算的最大障礙之一，而且使它似乎無法達到的原因是，大多數(shù)常規(guī)計算機的工作電壓都超過1伏，而大腦在大約80伏的神經(jīng)元之間發(fā)送稱為動作電位的信號毫伏-低很多倍。他補充說，今天，經(jīng)過早期實驗的十年之后，憶阻器電壓已經(jīng)達到了與傳統(tǒng)計算機相似的范圍，但要達到這一水平似乎是不可能的。

Fu報道說，他使用了微生物學家和合著者Derek Lovely的UMass Amherst細菌由Geobacter細菌開發(fā)的蛋白質納米線，現(xiàn)在已經(jīng)進行了憶阻劑達到神經(jīng)學電壓的實驗。這些測試是在電氣和計算機工程研究人員的實驗室中進行的，并且是合著者Jun Yao。

姚明說：“這是設備首次能夠在與大腦相同的電壓水平下工作。人們甚至都不敢希望我們能夠制造出與生物設備中的生物設備一樣節(jié)能的設備。大腦，但現(xiàn)在我們有超低功耗計算功能的現(xiàn)實證據(jù)。這是一個概念突破，我們認為它將引起對在生物電壓范圍內起作用的電子設備的大量探索。”

Lovely指出，Geobacter的導電蛋白納米線比昂貴的硅納米線具有許多優(yōu)勢，后者需要有毒的化學物質和高能量的工藝才能生產(chǎn)。蛋白質納米線在水或體液中也更穩(wěn)定，這是生物醫(yī)學應用的重要特征。他補充說，對于這項工作，研究人員將納米線剪除掉細菌，因此僅使用導電蛋白。

傅說，他和姚明已經(jīng)著手研究純化的納米線，例如，看看它們在不同電壓下的能力。他們嘗試了通過憶阻器中細小的金屬線發(fā)送的正負電荷的脈沖開-關模式，從而創(chuàng)建了一個電子開關。

他們使用金屬線是因為蛋白質納米線有助于金屬還原，改變金屬離子反應性和電子轉移特性。Lovely說這種微生物能力不足為奇，因為野生細菌納米線會呼吸并化學還原金屬，從而以我們呼吸氧氣的方式獲取能量。

姚明解釋說，隨著開關脈沖在金屬絲中產(chǎn)生變化，在微型設備中產(chǎn)生了新的分支和連接，該設備比人的頭發(fā)直徑小100倍。它在真實的大腦中產(chǎn)生類似于學習(新連接)的效果。他補充說：“您可以調節(jié)納米線-憶阻器突觸的電導率或可塑性，以便它可以模擬生物成分進行大腦啟發(fā)式計算。與傳統(tǒng)計算機相比，該設備的學習能力不是基于軟件的。 ”

傅回憶說：“在我們做的第一個實驗中，納米線的性能并不令人滿意，但是足以讓我們繼續(xù)前進。”兩年多的時間里，他看到了進步，直到最后一天，因為他和姚明的眼睛被計算機屏幕上出現(xiàn)的電壓測量所吸引。

“我記得那天我們看到了如此出色的性能。我們看著計算機正在測量當前的電壓掃描。它一直在下降，我們互相說，'哇，它在工作。'這是非常令人驚訝和令人鼓舞的。”

Fu，Yao，Lovely及其同事計劃繼續(xù)對該發(fā)現(xiàn)進行更多的機理研究，并“全面探索憶阻器中蛋白質納米線的化學，生物學和電子學”，F(xiàn)u說，以及可能的應用，其中可能包括例如，監(jiān)視心率。姚補充說：“這為這種裝置有一天可以與生物系統(tǒng)中的實際神經(jīng)元對話提供了希望。”