Hjerneprocessen tager papirform

En papirbaseret enhed, der efterligner den elektrokemiske signalering i den menneskelige hjerne, er blevet skabt af en gruppe forskere fra Kina.

Tyndfilmstransistoren (TFT) er designet til at replikere krydset mellem to neuroner, kendt som en biologisk synapse, og kan blive en nøglekomponent i udviklingen af ​​kunstige neurale netværk, som kunne bruges på en række områder fra robotteknologi til computerbehandling.

TFT, som er blevet præsenteret i dag i bladet Nanoteknologi , er den seneste enhed, der er fremstillet på papir, gør elektronikken mere fleksibel, billigere at producere og miljøvenlig.

Den kunstige synaptiske TFT bestod af indiumzinkoxid (IZO), som både en kanal og en gate-elektrode, adskilt af en 550 nanometer tyk film af nanogranulær siliciumdioxidelektrolyt, som blev fremstillet ved hjælp af en proces kendt som kemisk dampaflejring.

Designet var specifikt for en biologisk synapse - et lille hul, der eksisterer mellem tilstødende neuroner, over hvilke kemiske og elektriske signaler sendes. Det er gennem disse synapser, at neuroner er i stand til at sende signaler og beskeder rundt i hjernen.

Alle neuroner er elektrisk excitable, og kan generere en 'spids', når neuronens spænding ændres med store nok mængder. Disse spidser får signaler til at strømme gennem neuronerne, som får den første neuron til at frigive kemikalier, kendt som neurotransmittere, på tværs af synapsen, som derefter modtages af den anden neuron, sender signalet videre.

I lighed med disse outputspidser, forskerne påførte en lille spænding til den første elektrode i deres enhed, som fik protoner - der fungerede som en neurotransmitter - fra siliciumdioxidfilmene til at migrere mod IZO-kanalen modsat den.

Da protoner er positivt ladede, dette fik negativt ladede elektroner til at blive tiltrukket mod dem i IZO-kanalen, som efterfølgende tillod en strøm at strømme gennem kanalen, efterligner videregivelsen af ​​et signal i en normal neuron.

Efterhånden som flere og flere neurotransmittere sendes gennem en synapse mellem to neuroner i hjernen, forbindelsen mellem de to neuroner bliver stærkere og dette danner grundlaget for, hvordan vi lærer og husker ting.

Dette fænomen, kendt som synaptisk plasticitet, blev demonstreret af forskerne i deres egen enhed. De fandt ud af, at når to korte spændinger blev påført enheden på kort tid, den anden spænding var i stand til at udløse en større strøm i IZO-kanalen sammenlignet med den første påførte spænding, som om den havde 'husket' responsen fra den første spænding.

Tilsvarende forfatter til undersøgelsen, Qing Wan, fra School of Electronic Science and Engineering, Nanjing Universitet, sagde:'En papirbaseret synapse kunne bruges til at bygge letvægts og biologisk venlige kunstige neurale netværk, og, på samme tid, med fordelene ved fleksibilitet og biokompatibilitet, kunne bruges til at skabe den perfekte organisme-maskine-grænseflade til mange biologiske applikationer.'