纳米线网络像人脑一样学习和记忆

由悉尼大学科学家领导的一个国际团队已经证明，纳米线网络可以像人脑一样表现出短期和长期记忆。

这项研究今天发表在《科学进展》杂志上，该杂志由Alon Loeffler博士领导，他在物理学院获得博士学位，与日本的合作者一起。

“在这项研究中，我们发现我们通常与人脑相关的高阶认知功能可以在非生物硬件中模拟，”Loeffler博士说。

“这项工作建立在我们之前的研究基础上，我们展示了如何使用纳米技术来构建具有类似神经网络的电路和类似突触信号的受大脑启发的电子设备。

“我们目前的工作为在非生物硬件系统中复制类脑学习和记忆铺平了道路，并表明类脑智能的潜在性质可能是物理的。

纳米线网络是一种纳米技术，通常由肉眼看不见的高导电性微小银线制成，覆盖在塑料材料中，它们像网状相互分散。这些电线模仿人脑网络物理结构的各个方面。

纳米线网络的进步可能预示着许多现实世界的应用，例如改进需要在不可预测的环境中做出快速决策的机器人或传感器设备。

“这个纳米线网络就像一个合成神经网络，因为纳米线就像神经元一样，它们相互连接的地方类似于突触，”来自物理学院的资深作者Zdenka Kuncic教授说。

“在这项研究中，Loeffler博士没有实现某种机器学习任务，而是更进一步，试图证明纳米线网络表现出某种认知功能。

为了测试纳米线网络的能力，研究人员给它做了一个类似于人类心理学实验中常用记忆任务的测试，称为N-Back任务。

对于一个人来说，N-Back任务可能涉及从一系列按顺序呈现的猫科动物图像中记住猫的特定图片。N-Back 得分为 7，即人的平均值，表明该人可以识别出后退七步出现的相同图像。

“我们在这里所做的是操纵末端电极的电压以迫使路径改变，而不是让网络做自己的事情。我们强迫这些路径去我们想让他们去的地方，“勒弗勒博士说。

“当我们实现这一点时，它的内存具有更高的准确性，并且并没有随着时间的推移而真正减少，这表明我们已经找到了一种方法来加强路径，将它们推向我们想要的地方，然后网络会记住它。

“神经科学家认为这就是大脑的工作方式，某些突触连接加强而另一些突触连接减弱，这被认为是我们如何优先记住一些事情，我们如何学习等等。

研究人员表示，当纳米线网络不断增强时，它达到了不再需要这种增强的程度，因为信息被整合到内存中。

“这有点像我们大脑中长期记忆和短期记忆之间的区别，”昆西奇教授说。

“如果我们想长时间记住某件事，我们真的需要不断训练我们的大脑来巩固它，否则它会随着时间的推移而消失。

“一项任务表明，纳米线网络可以在内存中存储多达七个项目，其水平远高于机会水平，而无需强化训练，并且通过强化训练具有近乎完美的准确性。