科幻場(chǎng)景正加速變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。日本東北大學(xué)等團(tuán)隊(duì)近日在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(PNAS)發(fā)表重磅研究,首次成功訓(xùn)練培養(yǎng)皿中的大鼠活體神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò),完成生成正弦波、三角波乃至混沌信號(hào)等復(fù)雜計(jì)算任務(wù),標(biāo)志著生物計(jì)算與腦機(jī)融合領(lǐng)域取得里程碑式突破。
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AI生成
研究團(tuán)隊(duì)利用微流控芯片技術(shù),將大鼠皮層神經(jīng)元精準(zhǔn)分區(qū)定植,既保持細(xì)胞秩序又允許相互連接,構(gòu)建出穩(wěn)定的生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(BNN)。通過(guò) 26400 通道高密度微電極陣列,研究人員實(shí)時(shí)記錄神經(jīng)元電信號(hào),經(jīng)濾波解碼后轉(zhuǎn)化為輸出;再將誤差信號(hào)以電脈沖形式回輸,形成閉環(huán)反饋回路,結(jié)合 FORCE 學(xué)習(xí)算法持續(xù)優(yōu)化性能。
實(shí)驗(yàn)顯示,該系統(tǒng)不僅能穩(wěn)定生成 4 秒至 30 秒不同時(shí)長(zhǎng)的周期信號(hào),更成功復(fù)現(xiàn)洛倫茲吸引子混沌軌跡,三維預(yù)測(cè)與目標(biāo)信號(hào)相關(guān)性超 0.8,展現(xiàn)出強(qiáng)大的高維動(dòng)力學(xué)特性。與傳統(tǒng)硅基芯片相比,活體神經(jīng)元具備超低功耗、強(qiáng)自適應(yīng)、自修復(fù)等天然優(yōu)勢(shì),能效比遠(yuǎn)超現(xiàn)有 AI 硬件。
“這證明活體神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)不僅是生命系統(tǒng),更可作為革命性計(jì)算資源。” 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人山本英敏教授表示,該技術(shù)為破解大腦工作機(jī)制提供新路徑,也為低功耗生物計(jì)算芯片、腦機(jī)接口、藥物篩選與神經(jīng)疾病模擬開(kāi)辟全新方向。
目前系統(tǒng)仍存在 330 毫秒延遲、長(zhǎng)期穩(wěn)定性不足等局限。團(tuán)隊(duì)計(jì)劃優(yōu)化算法、縮短反饋延遲,推動(dòng)技術(shù)向?qū)嵱没~進(jìn)。業(yè)內(nèi)評(píng)價(jià),此次突破打通生物神經(jīng)與機(jī)器學(xué)習(xí)壁壘,預(yù)示 “生物 - 硅基混合智能” 時(shí)代加速到來(lái),或?qū)⒅厮芪磥?lái)計(jì)算與人工智能產(chǎn)業(yè)格局。
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