En pappersbaserad enhet som efterliknar den elektrokemiska signaleringen i den mänskliga hjärnan har skapats av en grupp forskare från Kina.

Tunnfilmstransistorn (TFT) har designats för att replikera förbindelsen mellan två neuroner, känd som en biologisk synaps, och kan bli en nyckelkomponent i utvecklingen av artificiella neurala nätverk, som kan användas inom en rad områden från robotik till datorbehandling.

TFT, som har presenterats i dag i tidningen Nanoteknik , är den senaste enheten som har tillverkats på papper, göra elektroniken mer flexibel, billigare att producera och miljövänligt.

Den artificiella synaptiska TFT bestod av indiumzinkoxid (IZO), som både en kanal och en grindelektrod, åtskilda av en 550 nanometer tjock film av nanogranulär kiseldioxidelektrolyt, som tillverkades med en process som kallas kemisk ångavsättning.

Designen var specifik för den för en biologisk synaps - ett litet gap som finns mellan angränsande neuroner över vilka kemiska och elektriska signaler skickas. Det är genom dessa synapser som neuroner kan skicka signaler och meddelanden runt hjärnan.

Alla neuroner är elektriskt exciterbara, och kan generera en "spets" när neuronens spänning ändras tillräckligt mycket. Dessa spikar gör att signaler flödar genom neuronerna som gör att den första neuronen frigör kemikalier, kända som neurotransmittorer, över synapsen, som sedan tas emot av den andra neuronen, skickar signalen vidare.

I likhet med dessa uteffektspikar, forskarna applicerade en liten spänning på den första elektroden i deras enhet som fick protoner – som fungerade som en neurotransmittor – från kiseldioxidfilmerna att migrera mot IZO-kanalen mittemot den.

Eftersom protoner är positivt laddade, detta gjorde att negativt laddade elektroner attraherades mot dem i IZO-kanalen som sedan tillät en ström att flyta genom kanalen, efterlikna överföringen av en signal i en normal neuron.

När fler och fler signalsubstanser passerar över en synaps mellan två neuroner i hjärnan, kopplingen mellan de två neuronerna blir starkare och detta ligger till grund för hur vi lär oss och memorerar saker.

Detta fenomen, känd som synaptisk plasticitet, demonstrerades av forskarna i sin egen apparat. De fann att när två korta spänningar applicerades på enheten på kort tid, den andra spänningen kunde utlösa en större ström i IZO-kanalen jämfört med den första pålagda spänningen, som om den hade "kommit ihåg" svaret från den första spänningen.

Motsvarande författare till studien, Qing Wan, från School of Electronic Science and Engineering, Nanjings universitet, sa:'En pappersbaserad synaps skulle kunna användas för att bygga lätta och biologiskt vänliga artificiella neurala nätverk, och, på samma gång, med fördelarna med flexibilitet och biokompatibilitet, skulle kunna användas för att skapa det perfekta gränssnittet mellan organism och maskin för många biologiska tillämpningar.'