近日，山東大學(xué)物理學(xué)院鄭立梅教授團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)了一種具有高度生物擬真性的鐵電隧道結(jié)的人工神經(jīng)突觸器件，該器件結(jié)合氧空位遷移和鐵電極化翻轉(zhuǎn)兩種阻變機(jī)制，在單一器件中同時(shí)實(shí)現(xiàn)了具有雙向弛豫特性的短期可塑性和具有自適應(yīng)特性的長(zhǎng)時(shí)可塑性。基于該器件的雙向弛豫特性，通過(guò)不同極性的電壓對(duì)視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)感官信息進(jìn)行編碼，成功實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音和圖片兩種信息模式的識(shí)別任務(wù)；基于該器件獨(dú)特的自適應(yīng)長(zhǎng)期可塑性，成功模擬了視覺(jué)皮層的方位識(shí)別和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)功能。該研究成果以“An Adaptive Solid-state Synapse with Bi-directional Relaxation for Multimodal Recognition and Spatio-temporal Learning”為題發(fā)表在Advanced Materials期刊。山東大學(xué)物理學(xué)院教授鄭立梅、齊魯工業(yè)大學(xué)趙樂(lè)、英國(guó)巴斯大學(xué)教授Alain Nogaret、山東大學(xué)物理學(xué)院教授顏世申為共同通訊作者。山東大學(xué)物理學(xué)院碩士研究生聶仿，哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士研究生房紅、王杰為共同第一作者。山東大學(xué)物理學(xué)院為第一單位。
 

圖1.基于鐵電隧道結(jié)憶阻器實(shí)現(xiàn)多模式識(shí)別和時(shí)空學(xué)習(xí)
 

　　大腦具有強(qiáng)大的信息處理能力，包括多種模式信息的感知、處理及時(shí)間、空間信息相關(guān)的學(xué)習(xí)能力等。這些功能的實(shí)現(xiàn)，依賴(lài)于多樣化的突觸可塑性機(jī)制。其中，長(zhǎng)時(shí)程突觸可塑性被認(rèn)為是學(xué)習(xí)和記憶的基礎(chǔ)，而短時(shí)程突觸可塑性則有助于時(shí)序信息的處理和適應(yīng)性行為的產(chǎn)生。突觸可塑性在多個(gè)時(shí)間尺度上的共存，賦予了生物神經(jīng)系統(tǒng)強(qiáng)大的適應(yīng)性。在人工突觸器件的設(shè)計(jì)中，如何將長(zhǎng)時(shí)和短時(shí)可塑性有效地整合到同一器件中，并通過(guò)它們的相互作用實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)可塑性，對(duì)模擬視覺(jué)皮層的時(shí)空學(xué)習(xí)功能具有重要意義。