模拟电子脑能能真正的替代人脑吗？
　　相较于IBM最近为其认知电脑发布的数位硬体模拟元件，莫斯科物理技术学院（Moscow Institute of Physics and Technology；MIPT）的研究人员致力于使用类比元件来打造电子脑（E-Brain），使其得以像真正的生物大脑一样作业。
　　相较于IBM最近为其认知电脑发布的数位硬体模拟元件，莫斯科物理技术学院（Moscow Institute of Physics and Technology；MIPT）的研究人员致力于使用类比元件来打造电子脑（E-Brain），使其得以像真正的生物大脑一样作业。
　　俄罗斯的电子脑关键元件将采用忆阻器&&这是由加州大学柏克莱分校教授蔡少棠所发现的；不过也有一说是源于神经网路先驱暨史丹佛大学教授Bernard Widrow。无论如何，忆阻器，顾名思义，它能透过电阻的变化记忆有多少电流流过及其流向。MIPT并进一步将其忆阻器缩小至40x40奈米。？
　　MIPT利用氧化铪（HfO2）突触（图中明亮间隙）完成类比电子脑 （来源：MIPT）
　　在人类的大脑中，这种重要的功能是由持续生长的化学&突触&执行的&&由于突触不断生长，使其于降低其电阻的同时，也提高了电导。如果未加以使用，突触就会萎缩直至电导性降至零。这种功能通常在夜间睡眠期间启动，以便在日间增强重要事件。在白天，人们可能因为准备考试而学习（认知记忆）、练习某种运动（肌肉记忆）或记忆单字、片语或列表（图像记忆），而使得某种的突触生长。
　　早在2011年，惠普（Hewlett Packard ；HP）就对于以忆阻器打造电子脑寄予厚望，但后来由于其注意力转移至与海力士（Hynix）共同开发商用化忆阻器晶片而停摆；不过，新创公司Knowm不久前已经发布以忆阻器为基础的处理器元件了。
　　电子&突波&讯号经由脑神经元传送至另一个讯号（黑线），并同步传送其他各种生物讯号 （来源：MIPT）
　　如今，由俄罗斯政府支持的MIPT拾起了这一接力棒，全力打造基于类比原则的电子脑，使其得以像真正大脑一样，不但能表现得较传统电脑更智慧也更具能效。MIPT采用CMOS晶圆厂的通用材料&&氧化铪（HfO2），重新发展这种创忆阻器，并带来了重要创新。现在，MIPT逐一为其进行整合，最终创造出类比电子脑，并期望以此超越IBM的数位&认知电脑&。
　　&我们先在内含金属氧化物（特别是HfO2）薄层的忆阻器上施加电压，即可从晶格中驱动氧离子并进一步达到其中的一个电极，留下（电荷）氧空位缺陷，并提供电子传输路径，&MIPT奈米电子功能材料与元件实验室资深研究员Yury Matveyev解释，&因此，忆阻器的电阻值由丝状通道中的氧空位的浓度加以定义，而且更重要的是它会在忆阻器偏置期间随时间而变化。&
　　目前，Matveyev在MIPT的研究团队正试图利用其基于忆阻器的电子脑，模拟实际的人脑常用功能，例如记忆（即神经学家所谓的长期增益效应或LTP）与遗忘（神经学家所谓的长期抑制效应或LTD），是由改变忆阻器的连接强度（由于是类比值，因而也称为权重）而实现的。LTP与LTD共同搭配时，让大脑具有可塑性&&学习新技巧以及忘记不再需要的事物以便为学习新知挪出更多空间的能力。
　　&所谓的长期增益效应（LTP）与长期抑制效应（LTD）正是生物突触的主要特性，定义其突触的可塑性&&即突触改变其权重（连接强度）的能力，&Matveyev指出，&这种特性被认为是细胞进行学习与记忆的重要机制。为了因应重复的脉冲偏置， LTP与LTD可被模拟为忆阻器中电阻&&&突触权重&（synaptic weight）&&的逐渐变化。&
　　真实生物大脑（左）中实际的突触连接电位变化，相较于MIPT忆阻器的电导系数变化&&作为暂时区隔&突波&（右）的功能 （来源：MIPT）
　　IBM虽然采用脉冲模拟神经元在学习期间刺激突触的方式，其原理是计算接收到的突波与输入直至超过可变阈值码，然后启动类比电压突波至其单输出（即突触后轴突），使其连接至整个大脑中的其他许许多多的神经元（有的轴突可能很长）。
　　&在我们的研究中，从两种不同产生器而来的电压脉冲都可看到真实的神经元突波形状（如图），&Matveyev解释，&并施加在具有不同相对时间延迟的相反电极，从而模拟在突触前后神经元的突波。其结果是突波发生时间取决于其可塑性功能，如同忆阻器中的电阻变化作为相对电压脉冲计时的功能，类似于生物突触展现的行为。&
　　许多神经科学家十分重视&突波发生时间&的价值，宣称大脑有赖于同步发生突波，以便为相同的物件搭配视觉、声音、感觉、味觉与嗅觉等。如果无法为电子脑模型打造出这种同步性，那么就只能学习到单独的特性，而无法像人们一样将所有的特性整合成多方面的物件感知。这种同步的特性也解释了大脑为何能够如此快速的作业、解决复杂的问题，而功耗仅20W&&因为神经元每秒放电可低至10次左右。
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那些控制大脑思维的机器：植入设备过程太危险 你敢吗？
　　新浪科技讯 北京时间11月15日消息，据国外媒体报道，自从神经科学家与工程师开始研究如何将人脑与机器相连之后，人们提出了五花八门的利用该技术的方式。比如只需想一想我们最喜欢的电视节目就能换台，只需动动脑子就能开车等等。从理论上来说，我们完全可以用思维来操控穿戴在身上的仿生装备，就像电影《钢铁侠》一样；或是用思维对家用设备进行远程遥控。但即使利用当下最出色的技术，将我们的思维与机器相连仍存在一定的风险。
　　我不是已经能买到可以由思维操控的机器了吗？
　　市面上的确有一些宣称可以用思维进行操控的玩具，但它们既无法让你像钢铁侠一样灵巧，又不能让你像他一样力大无穷。我们还能见到各种各样的小装置，如奇形怪状的、可以让你操纵视频游戏的帽子，或是利用脑电波转动的风扇等。但这些商品都存在同一个缺陷：它们都太过笨重了。
　　大脑移植物发展如何？
　　医学正在为瘫痪或截肢患者研发更加先进的治疗措施。去年，科学家在一名瘫痪的妇女的大脑左半球中植入了一枚微型传感器，让她可以对一枚类似蓝牙鼠标的装置进行控制、从而“触碰”平板电脑上的触摸屏。约翰霍普金斯大学的外科医生们向一名年轻人脑中负责控制手部和胳膊的运动皮层中植入了128枚电极传感器，让他可以挪动仿生臂上的某根手指。
　　来自澳大利亚莫纳什大学的神经外科医生杰弗里·罗森菲尔德（Jeffrey Rosenfeld）正在研发“仿生眼”，他们希望能让模仿眼球的玻璃体接收的信号直接传输到位于大脑视觉皮层的移植物中。该团队认为，这一技术能使85%的盲人从中受益。由于信息可以直接传输到大脑中，无法通过移植视网膜改善视力的人也能利用上这一技术。他们计划于2017年开展人体试验。
　　将人脑与假体相连的技术正在不断进步，但它们依然存在缺陷。为了清晰地读取大脑的电信号，外科医生必须打开、或钻开头骨，才能将移植物直接放入大脑中。这种手术显然存在风险，并且在一段时间之后，疤痕组织便会将移植物逐渐包裹起来，阻碍信号的传递。
　　有没有更温和的方法呢？
　　方法是有的，不过目前还仅在绵羊身上实验过。尼古拉斯·欧佩（Nicholas Opie）与墨尔本大学、墨尔本皇家医院和弗洛里神经科学与精神健康研究所的同事们共同研发了一种名叫“stentrode”的设备。它的体积非常小，可以放进人体的血管中。医生可以将这枚薄薄的、灵活的支架植入腹股沟处的血管，然后控制该设备顺着血管向上移动，一直到达大脑的运动指挥中心——运动皮层。stentrode将待在这里的血管中，24小时不间断地收集信号。
　　研究人员还希望stentrode可以与外骨骼设备“交流”，让截肢患者重新拥有运动的能力。到2017年末，科学家也许会邀请截瘫或全瘫患者（如在最近发生的事故中受伤的年轻人）对该设备展开测试。
　　也许有一天，stentrode还可以向大脑的感觉皮层传递反馈信号。这样一来，使用仿生臂的患者就可以“感觉到”自己在触碰的东西了。“如果你想拿起一枚鸡蛋，你肯定不能把它握得太紧，因此让你感觉到自己的机器手施加了多大压力是很重要的。”参与该项目的电子工程师戴维·格雷登（David Grayden）说道。
　　由思维控制的设备将何时问世？
　　如果人体试验取得成功的话，stentrode将在六年之内成为商业产品。不过，尽管植入支架比开颅手术温和得多，它仍需将设备植入大脑中。格雷登指出，对于需要重获运动能力的人而言，用安全的方式植入电极还是值得一试的，但他难以想象，有哪位普通人会仅仅为了方便这样做。
　　“植入设备这个过程本身就很危险。这是一种侵入性治疗，你必须确保利大于弊。”格雷登指出。当然，科学家仍将继续寻找更加精准、侵入程度更低的替代治疗手段，但在开始研发由思维控制的外骨骼装置之前，我们还有很长的路要走。
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