我國取得大腦“化學信號”轉導模擬研究新突破

大腦的功能與化學信號密切相關。然而，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。制備具有化學信號響應功能的人工突觸成為神經智能傳感與模擬等領域的科學難題之一。

在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的大力支持下，中科院化學研究所活體分析化學院重點實驗室于萍和毛蘭群團隊發展了一種聚電解質限域的流體憶阻器，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。該研究為發展類化學突觸功能器件、神經智能傳感、神經形態計算以及神經假肢等提供了新的思路。

該研究團隊在長期從事腦神經電分析化學和限域離子傳輸研究的基礎上，提出了基于限域流體器件發展仿神經突觸功能的構思。他們構建了聚電解質限域流體體系，發現此體系具有憶阻器的特征，進而利用溶液中對離子在聚電解質刷限域空間內的傳輸，實現了器件的記憶效應，成功模擬了多種神經電脈沖行為。相比于傳統固體器件，他們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，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中邁出了關鍵的一步。相關研究結果發表在Science.（2023,379,156-161）上, 文章第一作者是博士生熊天逸，通訊作者為于萍研究員和毛蘭群教授，完成單位為中國科學院化學研究所、中國科學院大學、湘潭大學和北京師范大學。