Künstliche Synapse mit Wasser und Salz gebaut

Forscher der Universität Utrecht und der Sogang-Universität kreieren kegelförmigen Mikrokanal

Darstellung der neuen künstlichen Synapse (Illustration: uu.nl)

Utrecht/Seoul (pte017/26.04.2024/11:30) - Der Computer der Zukunft arbeitet wie das Gehirn, allerdings nicht mit Halbleitern, sondern wie das Original mit Wasser und Salz. Zentrale Bestandteile des Gehirns sind Synapsen, die der Übertragung eines chemischen oder elektrischen Signals von einer Nervenzelle zur anderen dienen. Eine solche Synapse haben Forscher der Universität Utrecht ( https://www.uu.nl/en ) und der Sogang-Universität ( https://wwwe.sogang.ac.kr/wwwe/index_new.html ) erstmals gebaut und auf ihre Funktion getestet.

Ionenkonzentration entscheidend

Die Synapse besteht aus einem kegelförmigen Mikrokanal, der mit einer Lösung aus Wasser und Salz gefüllt ist. Empfängt er elektrische Impulse, wandern Ionen in der Flüssigkeit durch den Kanal, was zu Änderungen der Ionenkonzentration führt.

Je nach Intensität und Dauer des Impulses passt sich die Leitfähigkeit des Kanals entsprechend an und spiegelt die Verstärkung oder Schwächung der Verbindungen zwischen den Neuronen wider. Das Ausmaß der Leitfähigkeitsänderung dient als messbare Darstellung des Eingangssignals.

"Die gleichen Medien wie im Gehirn"

Überdies beeinflusst die Länge des Kanals die Dauer, die benötigt wird, um die Konzentrationsänderungen abzubauen. "Das deutet auf die Möglichkeit hin, Kanäle so zu gestalten, dass sie Informationen unterschiedlich lange speichern und verarbeiten, ähnlich wie bei den synaptischen Mechanismen in unserem Gehirn", sagt Tim Kamsma, Doktorand der Universität Utrecht.

Kamsma ergänzt: "Es gibt zwar bereits künstliche Synapsen, die komplexe Informationen verarbeiten können. Aber sie basieren auf festen Materialien. Wir zeigen jetzt zum ersten Mal, dass dies auch mit Wasser und Salz möglich ist. Wir replizieren effektiv neuronales Verhalten mit einem System, das die gleichen Medien wie das Gehirn verwendet."

Der Ursprung dieser Entwicklung geht auf eine Idee von Kamsma zurück. "Zufälligerweise kreuzten sich unsere Wege mit denen der Forschungsgruppe in Südkorea. Sie nahmen meine Theorie mit großem Enthusiasmus auf und begannen rasch mit darauf basierenden experimentellen Arbeiten." Das Ergebnis sei die nun realisierte künstliche Synapse.

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