当前，人类正处于以“数据量呈指数级增长”和“数据抽象水平不断提高”为特征的信息时代，针对爆发式生长的数据处理需求，具有强大数据处理能力和较低能耗水平特点的类脑芯片（brain-like chips）日益受到关注，成为人工智能、脑科学等领域的研究热点。忆阻器 （Memristor）是一种表示磁通与电荷关系的电路器件。如同电阻器，忆阻器能产生并维持一股安全的电流通过某个装置。与电阻器不同的地方在于，忆阻器可以在关掉电源后，仍能“记忆”先前通过的电荷量。忆阻器在1971年被理论上提出，但直到2008年才被实际制造出来，是当前国际科学研究的前沿热点之一。在生物医学领域，忆阻器在生物传感、神经仿生、脑机接口、药物递送以及再生医学等方面都具有重要应用前景。因为忆阻器具有模拟神经元之间互连和信息传递过程的能力，被认为是实现神经形态芯片的最佳电子器件。
针对上述重大应用需求，西安交通大学第一附属医院精准外科与再生医学国家地方联合工程研究中心（外科梦工场）孙柏、任冯刚团队通过系统回顾基于忆阻器的神经形态芯片研究现状，以“Memristor-Based Neuromorphic Chips”为题在《先进材料（Advanced Materials）》杂志上发表重要综述论文，该杂志2022年影响因子为29.4（JCR Q1），是该领域最具影响力的顶级期刊之一。西安交通大学硕士研究生段学刚为论文第一作者，外科梦工场特聘教授孙柏为论文通讯作者，外科梦工场、肝胆外科任冯刚副研究员，西南大学周广东教授、上海交通大学吴振华教授等为共同作者，西安交通大学第一附属医院为论文第一单位。
本文首先介绍了基于忆阻器的神经形态芯片的设计原理，同时对忆阻器工作原理、特性及其在神经形态芯片领域的应用进行了详细描述。随后，对作为神经形态芯片的关键部件的忆阻器阵列进行了深入的讨论，并对目前主流的忆阻器神经网络进行了概述。阐述了神经形态芯片的设计分为三个关键部分，包括突触神经元核心、网络芯片（NoC）和神经网络设计。最后，重点介绍了基于忆阻器的神经形态芯片的关键性能参数，以及用于实现神经突触和神经元组件的忆阻器相关的关键特征指标。本文对于基于忆阻器的神经形态芯片开发和转化应用具有重要指导意义。
孙柏为西安交通大学青年拔尖人才计划A类入选者，西安交通大学前沿科学技术研究院教授、博士生导师，第一附属医院特聘教授，主要从事忆阻器制备及其在信息存储、人工神经突触、神经形态学计算、智能电子皮肤、类脑芯片等领域的前沿应用研究， 2023年10月加入外科梦工场团队。依托西安交通大学强大的理工科优势，外科梦工场生物电子技术研究团队始终坚持开展务实落地的医工结合研究，在国家重点研发计划、国家自然科学基金和陕西省共性技术研发平台生物电工共性技术研发子平台等项目支持下，迅速搭建生物忆阻器研究平台，组建联合研究小组，聚焦忆阻器临床转化应用面临的关键问题，实质性开展了多项研究工作。
在我院创建国家医学中心和高质量发展的关键时期，外科梦工场团队在该领域发表首篇重要综述论文，为未来持续开展高质量医工交叉研究开辟了新赛道。
相关文献信息：Xuegang Duan, Zelin Cao, Kaikai Gao, Wentao Yan, Siyu Sun, Guangdong Zhou, Zhenhua Wu, Fenggang Ren, Bai Sun*, Memristor-Based Neuromorphic Chips, Advanced Materials, 2024, 2310704. DOI: 10.1002/adma.202310704.
