Nanotechnologia

Grupa naukowców z Chin stworzyła urządzenie bazujące na papierze, które naśladuje elektrochemiczne wysyłanie sygnałów w ludzkim mózgu. Wynalazek ten został opisany w czasopiśmie Nanotechnology.

Naukowcy z Chin opracowali tranzystor cienkowarstwowy (TFT) kopiujący złącza między dwoma neuronami, znane jako biologiczna synapsa. Może stać się on kluczowym komponentem w rozwoju sztucznych sieci neuronowych, mających potencjalne zastosowanie w różnych dziedzinach- od robotyki po przetwarzanie komputerowe.

Sztuczny synaptyczny tranzystor cienkowarstwowy składa się z tlenku cynku indu (IZO), jako elektrody kanału i bramki, oddzielonych od siebie 550-nanometrową warstwą elektrolitu z nanogranulatu tlenku krzemu, wytworzonego z wykorzystaniem procesu znanego jako chemiczne naparowywanie próżniowe. Jego konstrukcja jest specyficzna dla biologicznej synapsy- zawiera niewielki odstęp miedzy przyległymi neuronami nad którym przekazywane są sygnały chemiczne i elektryczne. Poprzez te synapsy neurony są w stanie przekazywać sygnały i wiadomości w obrębie mózgu. Wszystkie neurony są wrażliwe na bodźce elektryczne oraz mogą wywołać krótki impuls gdy znacząco zmienia się napięcie neuronu. Impulsy te powodują przepływ sygnałów przez neurony, co wywołuje uwolnienie przez pierwszy neuron substancji chemicznych zwanych neuroprzekaźnikami po całej synapsie, które są następnie odbierane przez drugi neuron, przekazujący sygnał dalej.

Podobnie do sygnałów wyjściowych w neuronach, naukowcy zastosowali niskie napięcie do pierwszej elektrody w ich urządzeniu, co wywołało wędrówkę protonu- pełniącego funkcje neuroprzekaźnika- od warstw ditlenku krzemu w kierunku znajdującego się naprzeciwko kanału IZO. Protony mają ładunek dodatni, co sprawiło że elektrony o ładunku ujemnym zostały przyciągane w ich kierunku w kanale IZO, tym samym pozwalając by prąd przepływał przez kanał, naśladując przekazywanie sygnału w zwykłych neuronach. Im więcej neuroprzekaźników przekazywanych jest między dwoma neuronami w mózgu po całej synapsie, tym silniejsze staje się połączenie między tymi neuronami, co tworzy podstawy do tego jak się uczymy i zapamiętujemy. Zjawisko to, znane jako plastyczność synapsy, zostało pokazane przez naukowców w ich własnym urządzeniu. Badacze odkryli również że zastosowanie w urządzeniu dwóch krótkich napięć w niedługim odstępie czasu skutkuje wytworzeniem podczas drugiego napięcia większego prądu w kanale IZO.

Źródło artykułu: http://phys.org/news/2014-02-brain-paper.html

Źródło ilustracji: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cerebral_lobes.png