人造神經成功“複製”大腦多感官綜合功能

科技日報天津3月20日電記者20日從南開大學獲悉,該校電子資訊與光學工程學院徐文濤教授團隊受獼猴多感官綜合與空間感知機制啟發,開發了一種人造運動感知神經,在硬體層面上成功實現了大腦的多感官綜合功能,獲得了卓越的運動感知效能。

科技日報天津3月20日電(記者陳曦通訊員喬仁銘)記者20日從南開大學獲悉,該校電子資訊與光學工程學院徐文濤教授團隊受獼猴多感官綜合與空間感知機制啟發,開發了一種人造運動感知神經,在硬體層面上成功實現了大腦的多感官綜合功能,獲得了卓越的運動感知效能。該成果近日發表於國際學術期刊《自然·通訊》上。

據介紹,大腦多感官綜合是一個將不同模態感官資訊進行結合的過程,它對於許多生物完成決策、記憶和學習等任務至關重要。例如,大黃蜂可同時利用視覺和觸覺資訊識別物體,星鼻鼴鼠在無光的地下環境中可使用觸覺—嗅覺協同感知管道對周圍環境進行探索。

“多感官綜合機制依賴高度並行且非同步觸發的神經元和突觸網絡。”徐文濤介紹,為了實現神經元和突觸的基本功能,近年來神經形態器件獲得了廣泛關注與研究。然而,與大腦多感官綜合機制相關的高級功能仍需在神經形態器件和系統中得到開發與驗證。此外,如何從硬體層面在神經形態器件中實現認知智慧與類腦智慧也是亟待解决的難題。

此次開發的人造運動感知神經設計受獼猴多感官綜合與空間感知機制啟發。“獼猴的自主運動會在內耳前庭和視網膜中激發慣性訊號和光流訊號等運動資訊,大腦皮層的特定區域對編碼為尖峰脈衝的運動資訊進行處理識別後,最終通過綜合不同感官模態的資訊實現空間感知。”徐文濤說,在神經形態運動感知系統中,通過對脈衝平均發放率和突觸器件輸出電流進行判定,實現運動訊號的分類識別。

利用光流感測器、振動觸覺感測器、慣性感測器構建傳感單元,該人造神經可檢測視覺、觸覺、加速度覺多個模態的傳感資訊。對來自不同類型感測器的資訊進行有效整合,可顯著提升運動識別的準確率(高於94%),並且實驗結果符合大腦的感知增强效應。

“從本質上講,該人造神經類比了哺乳動物大腦中感官線索綜合的過程,並結合傳感訊號的脈衝編碼策略、突觸器件的脈衝綜合特性、突觸電流訊號的時空識別方法實現了類腦水准的運動感知功能。”徐文濤表示,該工作將神經形態認知智慧與大腦多模態感知機制相結合,對於類腦器件、仿生電子的開發具有重要的指導意義,可潜在應用於移動機器人、智慧可穿戴設備、人機交互等領域。

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