`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Леонид Бараш

Транзисторы MoS2 проявляют поведение нейрона

0 
 

Исследователи из Университета штата Пенсильвания разработали аналог для высвобождения нейромедиатора (переносчика электрохимического импульса) в химических синапсах с использованием полевого транзистора MoS2 (FET). Это может заложить основу будущих разработок в интеллектуальных машинах.

Исследовательская группа, возглавляемая Саптарши Дасом (Saptarshi Das), воспроизвела три фундаментальные особенности поведения нейромедиаторов: дискретные, стохастические и возбуждающие/тормозящие высвобождения. FET также использовался для имитации синаптической пластичности - важной части формирования памяти. Такая технология может заложить основу будущих разработок в интеллектуальных машинах и дать представление о неврологических заболеваниях и расстройствах, таких как склероз, болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера.

Химические синапсы необходимы для передачи информации через центральную нервную систему. Когда электрический импульс, иначе известный как потенциал действия, достигает конца пресинаптического аксона, везикулы (органоиды, в которых запасаются и транспортируются питательные вещества), содержащие нейромедипторы, связываются с плазматической мембраной и высвобождают их в синаптическую щель. Эти нейромедипторы диффундируют к постсинаптическому нейрону, где они приводят к генерации постсинаптического тока (PSC). PSC делает больше, чем генерирование потенциала действия для формирования непосредственных действий постсинаптического нейрона, – он также может оказывать долгосрочное воздействие на его клеточный и молекулярный механизм.

Для достижения этого трансдуктивного поведения в полевых транзисторах Дас и его команда соотнесли пресинаптический потенциал действия и индуцированный PSC с импульсом напряжения затвора (VG) и изменением тока исток—сток (ΔIDS) соответственно. Они также воспользовались электронными ловушками в FET для отображения поведения, аналогичного синаптической пластичности. Синапическая пластичность – это способность синапсов укрепляться и ослабевать в зависимости от сигнальной активности. Она образует один из основных блоков формирования памяти у млекопитающих.

Чтобы имитировать поведение нейромедиаторов, исследователи провели параллель между экзоцитозом везикул – процессом распаковки везикул и высвобождением нейромедиаторов в синапс – и захватом и высвобождением электронов в FET. Они разработали систему, в которой дискретные, стохастические и возбуждающие/тормозящие высвобождения нейромедиаторов были связаны с частотой, амплитудой и полярностью импульсов VG соответственно.

FET также воспроизводит насыщение PSC. В реальном синапсе это насыщение происходит из-за конечного числа нейромедиаторов, которые могут быть высвобождены в синаптическую щель. В полевых транзисторах – для заданного напряжения на затворе имеется фиксированное количество индуцированных ловушек, а при увеличении количества импульсов VG увеличивается количество заряженных ловушек – при большем числе импульсов достигается порог для зарядки всех ловушек, и ΔIDS будет насыщаться.

В возбуждающих синапсах длительное увеличение сигнала называется длительной потенциацией (LTP) и связано с обучением. Это может быть воспроизведено в полевых транзисторах из-за сравнительно большой постоянной времени разряда электронных ловушек. Путем максимизации амплитуды импульса и количества импульсов, а также работы устройства в подпороговой области, где любое изменение порогового напряжения будет приводить к экспоненциальному изменению тока, исследователи оптимизировали время выключения ловушки для достижения продолжительности, аналогичной для биологических синапсов.

Команда изготовила полевой транзистор путем осаждения механически отслоенной чешуйки MoS2 толщиной 2 нм - около трех монослоев - на подложку Si/SiO2 и электронно-лучевого напыления никелевых контактов исток—сток. Она утверждают, что высоковольтная работа полевого транзистора, которая вызывает такие проблемы, как большая потребляемая мощность, может быть легко решена путем замены диэлектрика SiO2 на сверхтонкие или с высокой диэлектрической проницаемостью материалы.

Транзисторы MoS2 проявляют поведение нейрона

Выделение нейромедиаторов и PSC

0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT