（2021-05-11）俄國心理學家Ivan Pavlov的條件反射理論眾所皆知，美國西北大學與香港大學的學者們也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...
（2021-05-11）腦子由生物運作，電腦由機械運作，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。美國西北大學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，如同電腦的運作。但大多數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。
西北大學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後，訓練開始，先開亮一盞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。
西北大學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、穿戴電器，或植入體內器材連接。
西北大學教授Jonathan Rivnay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。
本文取材自2021年５月９日「那福忠西海岸數位隨筆（203）」：生物性的電腦
對本文有任何看法，歡迎 E-Mail：frank.na@gmail.com 給作者，分享您對本文的看法。
.png)
