神經(jīng)元(A)和納流體憶阻器(B)示意圖?!≈锌圃夯瘜W(xué)所 供圖
中新網(wǎng)北京1月13日電 (記者 孫自法)大腦控制著人類的思維、感受和情感,人類漫長發(fā)展過程中對人腦的探索以及對其運行機制和功能的模仿從未停止。其中,大腦的神經(jīng)功能與化學(xué)信號和電信號關(guān)系密切,相關(guān)研究備受關(guān)注。
由中國科學(xué)院化學(xué)研究所(中科院化學(xué)所)、中國科學(xué)院大學(xué)、湘潭大學(xué)及北京師范大學(xué)等研究人員組成的合作團隊,最新成功研發(fā)出一種聚電解質(zhì)限域的流體憶阻器,并利用單個器件在國際上首次實現(xiàn)了神經(jīng)化學(xué)信號到電信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的模擬。
這項大腦領(lǐng)域重要研究將有望推動人類對大腦“化學(xué)語言”的讀取和交互,為發(fā)展神經(jīng)智能傳感、類腦智能器件和神經(jīng)感覺假肢等提供新的思路。該成果論文1月13日在國際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(Science)上發(fā)表。
合作團隊表示,此次研究中他們充分利用各自在腦神經(jīng)電分析化學(xué)和限域離子傳輸研究領(lǐng)域的長期積累,提出基于限域流體器件發(fā)展仿神經(jīng)突觸功能的構(gòu)思。在構(gòu)建聚電解質(zhì)限域流體體系的基礎(chǔ)上,他們發(fā)現(xiàn)此體系具有憶阻器的特征;利用溶液中對離子在聚電解質(zhì)刷限域空間內(nèi)傳輸可以使得器件具有記憶效應(yīng)的特性,并成功模擬了多種神經(jīng)電脈沖行為。
相比于傳統(tǒng)固體器件,合作團隊所發(fā)展的流體器件具有可與生物體系相比擬的工作電壓和低功耗。更重要的是,基于流體體系的特征,該器件可以在生理溶液中模擬神經(jīng)遞質(zhì)對記憶功能的調(diào)控,成功模擬了突觸可塑性的化學(xué)調(diào)控行為。他們進一步利用聚電解質(zhì)對不同對離子的識別能力,成功實現(xiàn)了神經(jīng)化學(xué)信號與電信號之間轉(zhuǎn)導(dǎo)的模擬,從而在化學(xué)突觸的模擬研究領(lǐng)域邁出關(guān)鍵一步。
據(jù)合作團隊介紹,世界各主要發(fā)達國家和地區(qū)當前都在積極推動類腦領(lǐng)域的研究,如歐盟的“人類腦計劃”、美國的“推進創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)腦研究計劃”以及中國的科技創(chuàng)新2030——“腦科學(xué)與類腦研究重大項目”等。同時,谷歌、微軟等國際高科技企業(yè)也投入大量的研發(fā)力量投入該領(lǐng)域研發(fā)。
目前,類腦領(lǐng)域研究主要集中在類腦智能、腦機融合、智能生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用等方面,研究者們已研發(fā)出大量模擬腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)和機制的器件及模型。然而,化學(xué)調(diào)控的神經(jīng)形態(tài)器件仍然面臨兩個關(guān)鍵問題:一是幾乎所有的神經(jīng)形態(tài)器件都是固體器件,很難實現(xiàn)與外界信號的化學(xué)交互;二是類化學(xué)突觸的化學(xué)信號與電信號間轉(zhuǎn)導(dǎo)的模擬尚未實現(xiàn)。
合作團隊認為,他們最新完成并發(fā)表的研究成果,為人類實現(xiàn)與大腦化學(xué)信號智能交互邁出了初始、關(guān)鍵的一步。(完)
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