Ученые имитировали синапс при помощи 2D-материалов
Синапсы «запоминают» связи между двумя нейронами, как в человеческом мозге. В развивающемся мозге синапсы можно разделить на функциональные и молчащие. Функциональные синапсы активны, а молчащие синапсы неактивны в нормальных условиях. Однако молчащие синапсы могут оптимизировать связи между нейронами при активации.
С точки зрения нейробиологии, немые синапсы не будут генерировать возбуждающее поведение, когда пресинаптические нейроны получают непрерывные стимулы, поскольку они содержат NMDA-рецепторы, но в них отсутствуют AMPA-рецепторы. Тем не менее, молчащие синапсы можно активировать и превратить в функциональные синапсы, которые отвечают на стимуляцию при вставке AMPA-рецепторов.
Поскольку искусственные синапсы довольно крупные, они занимают относительно много места. Человеческий мозг содержит около ста триллионов синапсов и попытка сравниться с ним очевидно повысит стоимость любого устройства, да и разместить их — та ещё инженерная задачка.
Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа имитировала поведение функциональных и молчащих синапсов с помощью 2D-материалов. Такая реализация допускает, что на одном устройстве могут быть реализованы как функциональный, так и молчащий синапсы, что снизит затраты на производство.
В прикладных устройствах молчащие синапсы можно преобразовать в функциональные путем введения анионов серы в 2D-материалы на основе селенида индия. Анионы серы в селениде индия могут мигрировать под действием электрического поля и проявлять функциональную синаптическую пластичность.
Кроме того, поведение устройства при комнатной температуре крайне напоминает мемристор, а стало быть, может быть использовано для реализации функциональных синапсов. Активация молчащих синапсов может быть реализована путем изменения температуры.
Исследование опубликовано в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
Вдохновившись работой мозга, ученые создали искусственный синапс — он пригодится в разработке искусственного интеллекта.