Исследователи впервые представили искусственный нейрон на основе напечатанных на подложке электрохимических транзисторов. Он способен к обучению подобно реальным нейронам и смог интегрироваться с живым организмом, заставив венерину мухоловку захлопнуться в отсутствие добычи.
Схема искусственного нейрона и его создатели. / © Thor Balkhed
Развитие исследований в области интерфейсов мозг-машина, носимой электроники и протезов нового поколения требует интеграции искусственных нейроморфных устройств с биологическими системами. Обычно в этих целях используют устройства на основе кремния, однако они имеют ряд недостатков: они, как правило, слишком жесткие, недостаточно биосовместимы, а принцип их работы сильно отличается от биологических принципов передачи сигнала. В качестве альтернативы шведские ученые предложили органические полупроводники, принцип действия которых куда больше похож на работу реальных нейронов.
Ранее эта же группа создала напечатанные на подложке биосовместимые электрохимические транзисторы. Они содержали в своем составе полимеры как p-типа, так и n-типа, то есть могли переносить как положительные, так и отрицательные заряды. Это позволило создать органические электрохимические транзисторы, которые можно было печатать на тонкой пластиковой фольге. Объединив ряд транзисторов в одну схему, ученые создали синтетические аналоги нейрона и синапса — места контакта двух нейронов.
Полученные искусственные нейроны функционировали при напряжении менее 0,6 В — это почти на порядок ниже напряжений, с которыми работали предыдущие аналоги, что создавало проблему при попытке интеграции с живыми организмами. Чтобы продемонстрировать функциональность созданного нейрона, ученые «подключили» к нему венерину мухоловку и успешно передали сигнал к закрытию ловчего аппарата, хотя добыча в него не попадалась. Наконец, авторы работы показали, что искусственный электрохимический синапс способен к обучению в соответствии с принципом Хебба, сформулированным для реальных нейронов: согласно этому правилу, одновременная активация нейронов укрепляет их синаптическую связь.
Таким образом, ученым удалось создать локализованные искусственные нейронные системы, которые можно интегрировать с биосигнальными системами растений, беспозвоночных и позвоночных животных. Они могут стать основой носимой электроники и интерфейсов мозг-компьютер нового поколения.
Статья с результатами исследования опубликована в журнале Nature Communications.
