澳大利亚皇家墨尔本理工学院开发出新的类大脑芯片！

引言

背景

2 2010年，光遗传学技术被《自然方法》杂志评选为科学与工程各领域“年度科技成果中最受关注的技术”之一。同年，《科学》杂志在十年技术回顾中也强调了这项技术。

光遗传学是一种生物技术，利用光来开启或关闭大脑中特定的神经元群例如，研究人员使用光遗传学刺激来恢复瘫痪患者的运动能力，或者关闭大脑或脊柱中引起疼痛的区域，消除人们对阿片类药物或其他止痛药的需求，增加依赖性。

(图片来源:维基百科)

光遗传学是一门跨学科的创新技术，融合了光学、软件控制、基因操纵技术、电生理学等学科的知识该技术具有独特的高时空分辨率和细胞类型特异性两个特点。它克服了传统方法控制细胞或生物体活动的许多缺点。它可以对神经元进行无创精确定位刺激，彻底改变了神经科学领域的研究现状，为神经科学提供了革命性的研究方法。

根据光遗传学原理，植入的光电系统利用光来控制神经元。(图片来源:菲利普·古特夫)

创新

最近，澳大利亚皇家墨尔本理工学院(RMIT)的研究人员从生物技术领域的新兴技术“光遗传学”中获得灵感，开发出一种能够模仿大脑存储和删除信息的新设备。

(照片来源:皇家墨尔本理工学院)新芯片

基于超薄材料这种材料改变了它对不同波长光的抵抗力，从而模仿了大脑中神经元储存和删除信息的方式。

技术是在马绍尔群岛微纳米研究机构开发的，相关论文发表在《高级功能材料》杂志上

技术

神经连接是由电脉冲在大脑中产生的当微小的能量峰值达到一定的阈值电压时，神经元就会结合在一起，这样你就会产生记忆。

在芯片上，光用来产生光电流切换浅色会导致电流从正反转到负。

这种方向转换或极性转换，相当于建立或破坏神经连接，这种机制使神经元连接(引起学习)或抑制(引起遗忘)

是一种类似光遗传学的机制。在光遗传学中，光诱导神经元发生变化，从而打开或关闭，建立或阻断与链中下一个神经元的连接

为了开发这项技术，研究人员使用了一种叫做“黑磷”的材料，这种材料本身就有缺陷。

通常是光遗传学的一个问题，但是通过精确的工程设计，研究人员可以利用缺陷创造新的功能。

艾哈迈德说:“缺陷通常被认为是需要避免的，但在这里我们用它来创造新的和有用的东西。”这是一种创造性的方法，它为我们面临的技术挑战找到了解决方案。“

抵得上

”研究小组组长苏美特·瓦利亚博士说，这项技术让我们更接近人工智能，它可以利用大脑的所有复杂功能。

(照片来源:约翰内斯·费尔德曼)

瓦利亚说:“我们的光遗传学启发芯片模仿了自然最好的计算机(人脑)的基本生物学对于信息处理技术来说，存储、删除和处理信息是非常关键的，大脑可以非常有效地做到这一点。我们可以通过用不同颜色的光照射芯片来模拟大脑的神经处理。这项技术让我们在快速、高效和安全的基于光的计算的道路上走得更远。这也为我们实现仿生大脑的目标迈出了重要的一步，仿生大脑是一种可以像人类一样从周围环境中学习的“片上大脑”。泰穆尔·艾哈迈德博士是

(照片来源:皇家墨尔本理工学院)

论文的主要作者，他说在人工芯片上模拟神经行为的能力为跨学科研究提供了一个令人兴奋的途径。艾哈迈德说:“这项技术为研究人员创造了很好的机会，让他们更好地了解大脑以及大脑是如何受到阿尔茨海默氏病和痴呆症等疾病的影响的，这些疾病会破坏神经联系。”左起

:苏美特·瓦利亚博士和泰穆尔·艾哈迈德博士(照片来源:皇家墨尔本理工学院)

RMIT功能材料和微系统研究小组的研究人员也证明了该芯片可以执行逻辑运算(信息处理)，从而增加了一种新的类似大脑的功能。

与现有电子设备兼容，并已在灵活的平台上得到验证。它可以集成到可穿戴电子设备中。

关键词

参考

[1]http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201901991

[2]HTTPS://www . rmit . edu . au/news/all-news/2019/jul/electronic-Chip-mimics-brain