类脑计算: 大脑记忆

类脑计算: 大脑记忆 brain-inspired computing: brain memory

记忆是生物神经系统的一个重要功能。对于大脑记忆机制和模型的研究，既可以增进人们对于大脑工作机理的理解，具有重要的科学意义，又能推进类脑（受脑启发的）计算的发展，具有重要的工程应用价值。
大脑首先从感知觉系统的外部或者内部感受器中收集内外部的信息，然后利用神经系统中记忆的知识对收集的信息进行解释和判断。由于信号不可避免的带有噪声，而且通常观察也是不完全的，因此，在神经系统的各个水平上都必须借助记忆完成对接受的信号的修正和完整化。同样的，为了形成适应性的行为决策，神经系统必须能够对环境变化的“历史”形成内部模型，这个作为决策依据的模型也是由记忆提供的。
机械记忆和生物记忆是两类主要的记忆形式，分别以计算机中对于数据的存储和高等动物脑中的记忆为代表，不同于机械记忆，生物记忆有如下几个特点：
首先，生物记忆的介质是生物神经系统，神经元是神经系统的基本组成单位。神经生物学实验表明，神经系统主要通过改变多个神经元之间的突触联接强度而记忆信息，并通过多个相关神经元状态的集体变化表示不同的信息。因此，生物记忆的第一个特点是分布式记忆，这与现代计算机利用一个或几个相邻字节表示一个单位信息的所谓局部性方式有很大不同。
其次，在生物记忆的回忆过程中，输入的信息与回忆出来的信息必定有某种关联，或者前者是后者的一部分，或者两者在内容上相似或有联系（如正好相反），或者两者在环境中同时出现（即空间相关）或相继出现（即时间相关）。早在两千多年前，亚里士多德就提出记忆的输入信息和回忆出的信息之间具有关联性，他把这种现象总结为联想律（Principle of Association）。因此，人们通常把人类或高等动物的记忆称为联想记忆。输入信息与读取信息的关联性是生物记忆的重要特点，而在计算机中，信息在介质中存储具有确定的地址。
生物记忆的第三个特点是动态性，在人类的联想记忆中，不只是由一个输入项联想出一个相关联的记忆项，人们能够记忆和回忆一个结构化的序列，人的回忆是一个具有丰富动态特点的过程。形成鲜明对比是，计算机利用一个地址读取一个信息，是一种机械单调的过程。
另外，在生物神经系统中，记忆与信息的处理过程是缠绕在一起的，不像计算机系统那样，信息存取的过程与计算过程是相对分离的。
因此，神经记忆的特征主要表现在四个方面：分布式表达和存储、输入信息与检索记忆在内容上具有关联性、存储和记忆检索具有动态性、记忆与信息处理过程紧密结合。记忆在生物神经系统中扮演着十分重要的作用，大脑记忆机制的研究，对于类脑（受脑启发的）计算具有重要的指导意义。