仅在 10 年前，科学家们致力于他们希望开辟神经形态计算的新领域的科学家们只能梦想一种使用称为忆阻器的微型工具的设备，其功能/操作就像真正的大脑突触一样。

但是现在马萨诸塞大学阿默斯特分校的一个团队在更好地了解蛋白质纳米线的过程中发现了如何使用这些生物导电细丝制造神经形态忆阻器或“记忆晶体管”设备。它以非常低的功率运行非常高效，就像大脑一样，在神经元之间传输信号。详细信息在Nature Communications 中。

第一作者付田大，博士。电气和计算机工程的候选人解释说，神经形态计算的最大障碍之一，也是让它看起来遥不可及的障碍之一是，大多数传统计算机的工作电压超过 1 伏，而大脑在大约 80 伏的电压下在神经元之间发送称为动作电位的信号。毫伏——低很多倍。他补充说，今天，在早期实验十年后，忆阻器电压已达到与传统计算机相似的范围，但低于该范围似乎不太可能。

Fu 报告说，使用由微生物学家和合著者 Derek Lovely 在 UMass Amherst 开发的来自 Geobacter 细菌的蛋白质纳米线，他现在已经进行了实验，其中忆阻器已达到神经电压。这些测试是在电气和计算机工程研究员和合著者 Jun Yao 的实验室中进行的。

姚说：“这是第一次设备可以在与大脑相同的电压水平下运行。人们可能甚至不敢希望我们能够制造出与生物体中的生物对应物一样节能的设备。大脑，但现在我们有了超低功耗计算能力的现实证据。这是一个概念上的突破，我们认为它将引起对在生物电压范围内工作的电子产品的大量探索。”

Lovely 指出，Geobacter 的导电蛋白质纳米线与昂贵的硅纳米线相比具有许多优势，硅纳米线需要有毒化学品和高能量过程才能生产。蛋白质纳米线在水或体液中也更稳定，这是生物医学应用的一个重要特征。他补充说，在这项工作中，研究人员从细菌上剪掉了纳米线，因此只使用了导电蛋白。

傅说，他和姚已经着手让纯化的纳米线通过他们的步伐，看看它们在不同电压下的能力，例如。他们试验了正负电荷的脉冲开关模式，通过忆阻器中的细金属线发送，从而产生电开关。

他们使用金属线是因为蛋白质纳米线促进金属还原，改变金属离子反应性和电子转移特性。Lovely 说这种微生物能力并不奇怪，因为野生细菌纳米线会呼吸并化学还原金属，以像我们呼吸氧气一样获取能量。

姚解释说，随着开关脉冲在金属细丝中产生变化，在这个比人的头发直径小 100 倍的微型设备中产生了新的分支和连接。它在真实大脑中产生类似于学习的效果——新的连接。他补充说：“你可以调节纳米线忆阻器突触的电导率或可塑性，以便它可以模拟用于类脑计算的生物成分。与传统计算机相比，该设备具有非基于软件的学习能力。 ”

傅回忆说，“在我们做的第一个实验中，纳米线的性能并不令人满意，但足以让我们继续前进。” 两年多来，他看到了进步，直到有一天他和姚的眼睛被电脑屏幕上出现的电压测量结果吸引住了。

“我记得那天我们看到了如此出色的表现。我们看着计算机测量当前的电压扫描。它一直在下降，我们互相说，‘哇，它工作正常。’ 这非常令人惊讶，也非常令人鼓舞。”

Fu、Yao、Lovely 及其同事计划通过更多机制研究来跟进这一发现，并“充分探索忆阻器中蛋白质纳米线的化学、生物学和电子学” ，Fu 说，以及可能的应用，其中可能包括一种装置例如，监测心率。姚补充说：“这为有朝一日该设备可以与生物系统中的实际神经元对话的可行性提供了希望。”

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