大脑启发的设备，用于整合无声突触和功能突触。学分:SUTD由新加坡科技与设计大学(SUTD)的Desmond Loke助理教授领导的一个研究团队开发了一种基于二维(2D)材料的新型人工突触，用于高度可扩展的大脑启发计算。模仿人脑功能的大脑启发计算因其在人工智能功能和低能耗方面的应用而引起了科学界的极大关注。大脑激发的计算机要想工作，记住两个神经元之间联系的突触是必要的，就像人脑一样。
在发育中的大脑中，突触可以分为功能性突触和沉默性突触。对于功能性突触，突触是活跃的，而对于沉默性突触，正常情况下突触是不活跃的。而且，当沉默的突触被激活时，它们可以帮助优化神经元之间的连接。然而，由于建立在数字电路上的人工突触通常占据很大的空间，因此在硬件效率和成本方面通常存在限制。由于人脑包含大约100万亿个突触，因此有必要提高硬件成本，以便将其应用于智能便携式设备和物联网。
为了解决这个问题，SUTD研究团队使用2D材料模拟了功能性和沉默性突触的行为。此外，这种人工突触首次证明，它可以用功能性和沉默性突触的同一设备来实现。
助理教授洛克提到，这项工作可以通过用单个设备替换基于复杂数字电路的功能性和无声突触来大幅降低硬件成本。“我们已经证明，功能性和沉默性突触可以用一个设备来实现。”
助理教授洛克补充说:“通过使用超薄2D材料将功能性和无声突触集成到同一设备中，人工突触的硬件成本将显著降低，这将推动大脑启发硬件的商业化。
从神经生物学的角度来看，当突触前神经元接受连续刺激时，沉默突触不会产生兴奋性行为，因为它们含有N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体，但缺乏α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异噁唑-丙酸(AMPA)受体。然而，沉默突触可以被激活成为功能性突触，在连续刺激后插入AMPA受体时对刺激做出反应。
受通过插入AMPA受体激活沉默突触的生物学机制的启发，通过在2D硒化铟材料系统中引入硫阴离子，可以实现设备中从沉默突触到功能突触的转变。硒化铟中的硫阴离子可以在电场作用下迁移，表现出功能性突触可塑性。这种基于全硫化型系统的装置在室温下表现出明显的忆阻行为，可用于实现功能性突触。沉默突触的激活可以通过改变温度使用部分硫化类型的系统来证明。
这项研究发表在美国化学学会应用材料与界面。
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