我的頻道

* 拖拉類別可自訂排序
恢復預設 確定
設定
快訊

台染疫亡增11例、確診增107例 陳時中:6成解隔離

94歲金山華裔婆婆遭刺傷 影像曝光 無人及時伸援手

金山人語/生物性的電腦

腦子是生物運作,電腦是機械運作,大家想辦法二者合一如人工智慧,畢竟結構不同,還是有相當差異。舉一反三,把本來不相干的事經過訓練關連在一起,我們腦子做得到,電腦當然也做得到,但做法不同。俄國心理學家伊凡‧帕夫洛夫 (Ivan Pavlov) 的狗,為眾所皆知,每次餵食同時搖鈴,以後搖鈴不餵食,狗也會流唾液,條件反射 (Conditioning) 理論由是而出。美國 Northwestern 與香港大學的學者們,共同發展概念型的生物性電腦,經訓練學習關連,為電腦運算開闢另一條路。

腦子的運作極為複雜,單從結構就可想而知。以人腦為例,表面的皮層是運作的主軸,共有 1,000 億個神經元 (Neuron),也就是神經細胞,有的接收外來的信息,有的傳送信息到肌肉或腺體,更複雜的是與別的神經元互動,傳遞信息給另一個神經元做進一步處理。神經元之間的信息,需靠一個稱為「突觸」(Synapse) 的傳送站傳遞,傳送站中間有一個小空隙,分開傳送與接收兩邊的細胞,信息的傳遞就在空隙之間發生。

信息的傳遞有用電與化學兩種,傳遞電流的突觸,中間的空隙就搭橋,讓離子直接傳過去,就如同電腦的運作。但大多數的突觸都是化學的傳遞,信息由多種化學物質組成稱為「神經遞質」(Neurontransmitter),包在囊泡之內送到突觸空隙旁邊,經過化學作用,空隙兩邊開門,傳到接收的神經元。每一個神經元可以傳遞信息給多個神經元,也可以從多個神經元接收信息,每個神經元平均與另外 1,000 個神經元連接,所以突觸的數量遠大於神經元,約有 125 兆個,相當 1,500 個銀河系所有星球的數量。

化學傳遞的突觸,製造了很多彈性,比如傳送端或接收端都可以藉化學作用,控制傳送、或接收信息的數量,神經元因此做不同的動作,我們所以能學習與記憶,多歸功於這一機制。與電腦相比,人腦可以平行運算、高容錯率、又解省能源,而電腦的運算與資料存取是分開的功能,運算需用資料要從儲存的地方取得,耗用相當的能源,如果把兩樣功能合而為一,既省空間又省能源,那是不是可以人工仿製突觸的功能?

最接近的就算「有機電化學電晶體」了,這是一種可以在溶液中運作的電子元件,消耗能源低,可持續調整記憶、生物相容性高,看起來可做為人工突觸,但在保存記憶上仍有瓶頸。Northwestern 與香港大學的團隊,針對這一缺陷研發改善方法,在有機電化學電晶體內,增加塑膠導體,來陷阻離子的流動,等於儲存以前的記憶,而離子就相當腦子的信息:神經遞質,「突觸電晶體」就此成形。

為了證實功能,突觸電晶體與一個仿神經型態 (Neuromorphic) 網路結合,用來訓練這個網路的關連性 (Association),目的在把壓力與燈光兩種沒關係的感應,關連在一起。壓力器與燈光安裝好了以後,訓練開始,先開亮一個 LED 燈泡、然後緊跟著手按壓力器,這樣可以來驅動一個特殊的信號。經一次次訓練,最後不必施壓,燈一亮就會產生信號,藉人工的突觸,把不相關的壓力與燈光關連在一起。與帕夫洛夫的狗比對,燈光是搖鈴、壓力是餵食,那所產生的信號就算是狗流的唾液了。

Northwestern 與香港大學學者們的研究,雖然僅是概念的證實,無疑給模仿生物性運算打開一扇門,是真的「模仿」,不是「模擬」。所選用的軟性材料也有相當優勢,可與多種軟性、或穿戴的電器,或值入體內器材連接。Northwestern 的 Jonathan Rivnay 教授說,這一概念可以延伸到多種輸入的感應,來整合現場低耗電的運算功能,另外與生物環境的相容,可以直接與活體組織銜接,成為下一代生物電子的重要一環。

幾十年來不斷聽到這句話:人類永遠不可能用自己的腦子去瞭解自己的腦子,一直覺得有道理,現在覺得道理有點鬆動。

香港 美國 肌肉

上一則

慶祝亞太裔傳統月 百歲人瑞周永昌 獲布里德表彰

下一則

紐森提120億加州住房計畫 拚5年解決遊民問題

精彩推薦

data-matched-content-rows-num="10,4" data-matched-content-columns-num="1,2" data-matched-content-ui-type="image_sidebyside,image_stacked"

超人氣

更多 >