我科学家首次实现大脑神经化学信号与电信号转导模拟

  本报北京1月13日电（记者齐芳）类脑研究一直是学术界的热点，但大部分研究设备只能“捕捉”到大脑发出的电信号，却无法获得化学信号。来自中科院化学所、中国科学院大学、湘潭大学及北京师范大学的研究人员发明了一种聚电解质限域的流体忆阻器，并利用单个器件首次实现了神经化学信号与电信号转导的模拟。

  这一研究有望推动人类对大脑“化学语言”的读取和交互，为发展神经智能传感、类脑智能器件和神经感觉假肢等提供新的思路。论文发表在北京时间13日出版的国际学术期刊《科学》上。

  大脑的神经功能与化学信号和电信号密切相关。在类脑研究中，大量模拟脑神经结构与机制的器件和模型相继问世。不过，目前的仿突触器件只能实现对电信号的识别，很难直接感知化学信号，制备对于化学信号具有响应的人工突触（即实现类化学突触的功能）成了神经智能传感与模拟等领域的科学难题。

  科学家们为了解决这个难题，做出了很多努力。但仍然面临两个关键问题：一是几乎所有的神经形态器件都是固体器件，很难实现与外界信号的化学交互；二是类化学突触的化学信号与电信号间转导的模拟尚未实现。

  在这项研究中，研究者充分利用其在脑神经电分析化学和限域离子传输研究领域的长期积累，提出基于限域流体器件发展仿神经突触功能的构思。在构建聚电解质限域流体体系的基础上，他们发现此体系具有忆阻器的特征；利用溶液中对离子在聚电解质刷限域空间内传输可以使得器件具有记忆效应的特性，成功模拟了多种神经电脉冲行为。相比于传统固体器件，所发展的流体器件具有可与生物体系相比拟的工作电压和低功耗。

  更重要的是，基于流体体系的特征，此器件可以在生理溶液中模拟神经递质对记忆功能的调控，成功模拟了突触可塑性的化学调控行为。进一步，他们利用聚电解质对不同对离子的识别能力，实现了神经化学信号与电信号之间转导的模拟，在化学突触的模拟研究领域中迈出了关键的一步。