讀取大腦的“化學信號” 我科學家首次實現大腦神經化學信號與電信號轉導模擬|全球微資訊

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類腦研究一直是學術界的熱點，但大部分研究設備只能“捕捉”到大腦發出的電信號，卻無法獲得化學信號。來自中科院化學所、中國科學院大學、湘潭大學及北京師范大學的研究人員發明了一種聚電解質限域的流體憶阻器，并利用單個器件首次實現了神經化學信號與電信號轉導的模擬。

這一研究有望推動人類對大腦“化學語言”的讀取和交互，為發展神經智能傳感、類腦智能器件和神經感覺假肢等提供新的思路。論文發表在北京時間13日出版的國際學術期刊《科學》上。

大腦的神經功能與化學信號和電信號密切相關。在類腦研究中，大量模擬腦神經結構與機制的器件和模型相繼問世。不過，目前的仿突觸器件只能實現對電信號的識別，很難直接感知化學信號，制備對于化學信號具有響應的人工突觸（即實現類化學突觸的功能）成了神經智能傳感與模擬等領域的科學難題。

科學家們為了解決這個難題，做出了很多努力。但仍然面臨兩個關鍵問題：一是幾乎所有的神經形態器件都是固體器件，很難實現與外界信號的化學交互；二是類化學突觸的化學信號與電信號間轉導的模擬尚未實現。

在這項研究中，研究者充分利用其在腦神經電分析化學和限域離子傳輸研究領域的長期積累，提出基于限域流體器件發展仿神經突觸功能的構思。在構建聚電解質限域流體體系的基礎上，他們發現此體系具有憶阻器的特征；利用溶液中對離子在聚電解質刷限域空間內傳輸可以使得器件具有記憶效應的特性，成功模擬了多種神經電脈沖行為。相比于傳統固體器件，所發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，此器件可以在生理溶液中模擬神經遞質對記憶功能的調控，成功模擬了突觸可塑性的化學調控行為。進一步，他們利用聚電解質對不同對離子的識別能力，實現了神經化學信號與電信號之間轉導的模擬，在化學突觸的模擬研究領域中邁出了關鍵的一步。（記者 齊芳）

關鍵詞： 聚電解質 化學突觸 神經化學