神經(jīng)突觸仿生器件研制成功

記者日前從東北師范大學(xué)獲悉，在國家自然科學(xué)基金及國家重大科學(xué)研究計(jì)劃的資助下，該校劉益春研究組利用InGaZnO材料，構(gòu)造了具有自主學(xué)習(xí)和記憶能力的神經(jīng)突觸仿生器件，在單一無機(jī)器件中實(shí)現(xiàn)了多種生物突觸功能。相關(guān)成果發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《*功能材料》上，并被選為標(biāo)題頁文章進(jìn)行了重點(diǎn)報(bào)道。

據(jù)介紹，神經(jīng)突觸是人類大腦學(xué)習(xí)和記憶的基本組成單元，突觸仿生是實(shí)現(xiàn)神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的重要基礎(chǔ)。突觸可以看做是一種兩端器件，其突觸權(quán)重可對(duì)刺激信號(hào)作出動(dòng)態(tài)響應(yīng)，這一特點(diǎn)恰恰與憶阻器的概念相似――電阻的阻值可以隨流經(jīng)電量而發(fā)生改變。因此，利用憶阻器件實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)突觸的仿生一直是相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

在東北師范大學(xué)教授劉益春的帶領(lǐng)下，該研究組利用非晶態(tài)InGaZnO薄膜的電學(xué)性質(zhì)可調(diào)節(jié)性及其對(duì)激勵(lì)信號(hào)可作出動(dòng)態(tài)反應(yīng)等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并制備了由兩層不同含氧量的InGaZnO薄層構(gòu)成的憶阻器件;實(shí)現(xiàn)了對(duì)神經(jīng)突觸多種生物功能的模擬，涉及興奮性突觸后電流、非線性傳輸特性、長時(shí)程/短時(shí)程可塑性、刺激頻率響應(yīng)特性、STDP機(jī)制、經(jīng)驗(yàn)式學(xué)習(xí)等多個(gè)方面，尤其是器件表現(xiàn)出的短時(shí)記憶行為與“學(xué)習(xí)―忘記―再學(xué)習(xí)”的經(jīng)驗(yàn)式學(xué)習(xí)模式符合人類的認(rèn)知規(guī)律。

同時(shí)，科研人員通過系統(tǒng)研究短時(shí)可塑性隨溫度的變化規(guī)律，揭示了該器件的運(yùn)行機(jī)制為氧離子的遷移和擴(kuò)散。

相關(guān)專家表示，該成果對(duì)促進(jìn)更加地仿生神經(jīng)突觸進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。