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人工突触和活细胞使用大脑化学物质进行交流

2021-11-26 15:15:59 百科 来源:
导读 人工突触是模拟人类大脑超级计算机的重要一步。现在,科学家们已经成功地弥合了有机和人工之间的差距,利用生物混合突触,让活细胞与电子系

人工突触是模拟人类大脑超级计算机的重要一步。现在,科学家们已经成功地弥合了有机和人工之间的差距,利用生物混合突触,让活细胞与电子系统进行交流,而不是电信号,而是多巴胺等神经递质。

在大脑中,神经元通过称为突触的间隙来回传递信号。这种联系每次被调用时都会变得更强大,这是我们学习的基础。信息在大脑的同一部分处理和存储的事实大大加快了回忆。

这使有机大脑比传统计算机具有巨大优势,传统计算机在不同的地方处理和存储信息。那么,新兴的计算机系统开始使用人工神经元和突触来模仿大脑的结构是有道理的。

研究人员于 2017 年首次设计了人工突触。它的工作原理有点像晶体管,包括三个被咸水电解质包围的端子。通过这种方式,终端就像神经元一样,通过水(突触)相互发送电信号。

对于这项新研究,该团队通过创建生物混合人工突触更进一步。这一次,该装置由两个软聚合物电极组成,再次由电解质溶液隔开。但关键的区别在于,活细胞被放置在一个电极的顶部,这些电极能够通过突触与另一个电极进行通信。

当这些活细胞释放它们的神经递质时,它们会与它们下方的电极发生反应。这会导致电极产生离子,然后离子穿过电解质到达另一个电极,从而改变其导电状态。

该团队表示,这是一项了不起的突破。类似的设备通常仍然使用电信号进行通信,但这种生物混合人工突触使用的电化学信号与有机大脑使用的相同。

该研究的共同资深作者阿尔贝托·萨利奥 (Alberto Salleo) 说:“这篇论文确实突出了我们用于与生物相​​互作用的材料的独特优势。” “细胞很高兴坐在柔软的聚合物上。但兼容性更深:这些材料与神经元自然使用的分子相同。”

在测试中,该团队将大鼠神经内分泌细胞置于电极之上。这些细胞释放多巴胺,通过激励它们朝着目标前进来影响动物的行为。它通过永久改变神经元的电导率来做到这一点。

该团队不确定这种化学物质是否会对人工神经元产生同样的影响。但果不其然,当他们试用时,设备仅在一个反应​​后就永久改变了。

“我们知道反应是不可逆的,因此它会导致设备导电状态的永久变化是有道理的,”该研究的共同主要作者斯科特基恩说。“但是,在我们在实验室中看到它发生之前,很难知道我们是否会实现我们在纸上预测的结果。那时我们意识到这具有模拟突触长期学习过程的潜力。”

该团队表示,这种生物混合人工突触最终可用于允许人们用自己的大脑信号控制计算机和其他电子设备以及更像大脑的计算机本身的设备。


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