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神經(jīng)系統(tǒng)可能有機(jī)械計(jì)算機(jī)的特征 肯特大學(xué)生物科學(xué)學(xué)院的 Benjamin Goult 博士描述了將大腦視為一臺(tái)運(yùn)行復(fù)雜二進(jìn)制代碼的有機(jī)超級(jí)計(jì)算機(jī)、將神經(jīng)元視為機(jī)械計(jì)算機(jī)的模型。
該理論基于突觸中的 talin 蛋白的開(kāi)關(guān)樣結(jié)構(gòu)域，它們可以響應(yīng)細(xì)胞的機(jī)械壓力而改變形狀，有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，看起來(lái)每個(gè)分子都能儲(chǔ)存二進(jìn)制信息，可以通過(guò)細(xì)胞骨架產(chǎn)生的微小的力來(lái)切換?？梢詤⒄眨?/span>The Mechanical Basis of Memory – the MeshCODE Theory.Frontiers in Molecular Neuroscience, 2021; 14.DOI: 10.3389/fnmol.2021.592951這項(xiàng)研究假設(shè)上述機(jī)械編碼構(gòu)成了協(xié)調(diào)整個(gè)生物體的系統(tǒng)，動(dòng)物的生活經(jīng)歷和環(huán)境條件可以不斷寫入其中，為其生命歷程創(chuàng)造一個(gè)不斷更新的數(shù)學(xué)模型。顯然，這比起電子計(jì)算機(jī)更像查爾斯·巴貝奇的差分機(jī)。沒(méi)有神經(jīng)細(xì)胞的生物可能也有類似的分子級(jí)計(jì)算單元，從而讓那些生物表現(xiàn)出復(fù)雜的行為和學(xué)習(xí)能力。你也可以聯(lián)想到“有神經(jīng)細(xì)胞的生物，同樣可以用非神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行一些計(jì)算”。生物體的形態(tài)發(fā)育在很大程度上取決于力學(xué)因素，細(xì)胞的位置、受力、體積等會(huì)影響細(xì)胞表達(dá)的基因及其表達(dá)強(qiáng)度。這里面可能有上面提到的計(jì)算要素。doi: 10.1038/d41586-021-00018-xJette Lengefeld, Cell size is a determinant of stem cell potential during aging, Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abk0271.在秀麗隱桿線蟲(chóng)發(fā)育過(guò)程中，異時(shí)性信號(hào)通路中的轉(zhuǎn)錄因子 LIN-4 與 microRNA lin-4 調(diào)控有絲分裂后神經(jīng)元轉(zhuǎn)錄組的變化，LIN-14 可能是整合時(shí)間、性別、環(huán)境信息來(lái)影響線蟲(chóng)神經(jīng)系統(tǒng)構(gòu)造的關(guān)鍵。doi: 10.1038/s41586-021-04071-4電子計(jì)算機(jī)模擬神經(jīng)系統(tǒng)可能需要特別的硬件，例如模仿突觸可塑性的晶體管：Xudong Ji, Bryan D. Paulsen, Gary K. K. Chik, Ruiheng Wu, Yuyang Yin, Paddy K. L. Chan, Jonathan Rivnay.Mimicking associative learning using an ion-trapping non-volatile synaptic organic electrochemical transistor.Nature Communications, 2021; 12 (1)DOI: 10.1038/s41467-021-22680-5算法也可能需要調(diào)整，例如模仿人類創(chuàng)意的進(jìn)化算法：Jakob Jordan, Maximilian Schmidt, Walter Senn, Mihai A Petrovici.Evolving interpretable plasticity for spiking networks.馮·諾依曼計(jì)算機(jī)目前未能嚴(yán)格遵循摩爾定律，其物理極限看起來(lái)不遠(yuǎn)了。為提高計(jì)算性能，世界多國(guó)正在開(kāi)發(fā)可以模擬人腦功能的神經(jīng)形態(tài)計(jì)算系統(tǒng)。人工突觸是神經(jīng)形態(tài)架構(gòu)的計(jì)算機(jī)的必需品，能在相鄰人工神經(jīng)元之間執(zhí)行信號(hào)處理與信息存儲(chǔ)。近年來(lái)，電解質(zhì)門控晶體管（EGT）在模擬突觸可塑性和神經(jīng)形態(tài)應(yīng)用方面表現(xiàn)出一定前途，穩(wěn)定性較好，材料種類多樣，能在空間上分開(kāi)讀寫操作。可以參照：Heyi Huang et al. 2021 J. Semicond. 42 013103
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