中國科學(xué)家這項(xiàng)最新研究成果 有望解碼人類大腦“化學(xué)語言”

神經(jīng)元(A)和納流體憶阻器(B)示意圖?！≈锌圃夯瘜W(xué)所 供圖

中新網(wǎng)北京1月13日電 (記者 孫自法)大腦控制著人類的思維、感受和情感，人類漫長發(fā)展過程中對(duì)人腦的探索以及對(duì)其運(yùn)行機(jī)制和功能的模仿從未停止。其中，大腦的神經(jīng)功能與化學(xué)信號(hào)和電信號(hào)關(guān)系密切，相關(guān)研究備受關(guān)注。

由中國科學(xué)院化學(xué)研究所(中科院化學(xué)所)、中國科學(xué)院大學(xué)、湘潭大學(xué)及北京師范大學(xué)等研究人員組成的合作團(tuán)隊(duì)，最新成功研發(fā)出一種聚電解質(zhì)限域的流體憶阻器，并利用單個(gè)器件在國際上首次實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)化學(xué)信號(hào)到電信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的模擬。

這項(xiàng)大腦領(lǐng)域重要研究將有望推動(dòng)人類對(duì)大腦“化學(xué)語言”的讀取和交互，為發(fā)展神經(jīng)智能傳感、類腦智能器件和神經(jīng)感覺假肢等提供新的思路。該成果論文1月13日在國際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(Science)上發(fā)表。

合作團(tuán)隊(duì)表示，此次研究中他們充分利用各自在腦神經(jīng)電分析化學(xué)和限域離子傳輸研究領(lǐng)域的長期積累，提出基于限域流體器件發(fā)展仿神經(jīng)突觸功能的構(gòu)思。在構(gòu)建聚電解質(zhì)限域流體體系的基礎(chǔ)上，他們發(fā)現(xiàn)此體系具有憶阻器的特征；利用溶液中對(duì)離子在聚電解質(zhì)刷限域空間內(nèi)傳輸可以使得器件具有記憶效應(yīng)的特性，并成功模擬了多種神經(jīng)電脈沖行為。

相比于傳統(tǒng)固體器件，合作團(tuán)隊(duì)所發(fā)展的流體器件具有可與生物體系相比擬的工作電壓和低功耗。更重要的是，基于流體體系的特征，該器件可以在生理溶液中模擬神經(jīng)遞質(zhì)對(duì)記憶功能的調(diào)控，成功模擬了突觸可塑性的化學(xué)調(diào)控行為。他們進(jìn)一步利用聚電解質(zhì)對(duì)不同對(duì)離子的識(shí)別能力，成功實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)化學(xué)信號(hào)與電信號(hào)之間轉(zhuǎn)導(dǎo)的模擬，從而在化學(xué)突觸的模擬研究領(lǐng)域邁出關(guān)鍵一步。

據(jù)合作團(tuán)隊(duì)介紹，世界各主要發(fā)達(dá)國家和地區(qū)當(dāng)前都在積極推動(dòng)類腦領(lǐng)域的研究，如歐盟的“人類腦計(jì)劃”、美國的“推進(jìn)創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)腦研究計(jì)劃”以及中國的科技創(chuàng)新2030——“腦科學(xué)與類腦研究重大項(xiàng)目”等。同時(shí)，谷歌、微軟等國際高科技企業(yè)也投入大量的研發(fā)力量投入該領(lǐng)域研發(fā)。

目前，類腦領(lǐng)域研究主要集中在類腦智能、腦機(jī)融合、智能生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用等方面，研究者們已研發(fā)出大量模擬腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)和機(jī)制的器件及模型。然而，化學(xué)調(diào)控的神經(jīng)形態(tài)器件仍然面臨兩個(gè)關(guān)鍵問題：一是幾乎所有的神經(jīng)形態(tài)器件都是固體器件，很難實(shí)現(xiàn)與外界信號(hào)的化學(xué)交互；二是類化學(xué)突觸的化學(xué)信號(hào)與電信號(hào)間轉(zhuǎn)導(dǎo)的模擬尚未實(shí)現(xiàn)。

合作團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，他們最新完成并發(fā)表的研究成果，為人類實(shí)現(xiàn)與大腦化學(xué)信號(hào)智能交互邁出了初始、關(guān)鍵的一步。(完)