A chemically mediated artificial neuron

多巴胺 神经科学 中间神经元 神经元 神经递质 电生理学 突触可塑性 感觉系统 感觉神经元 计算机科学 生物 中枢神经系统 抑制性突触后电位 生物化学 受体
作者
Ting Wang,Ming Wang,Jianwu Wang,Le Yang,Xueyang Ren,Gang Song,Shisheng Chen,Yuehui Yuan,Ruiqing Liu,Liang Pan,Zheng Li,Wan Ru Leow,Yifei Luo,Shaobo Ji,Zequn Cui,Ke He,Feilong Zhang,Fengting Lv,Yuanyuan Tian,Kaiyu Cai
出处
期刊:Nature electronics [Nature Portfolio]
卷期号:5 (9): 586-595 被引量:119
标识
DOI:10.1038/s41928-022-00803-0
摘要

Brain–machine interfaces typically rely on electrophysiological signals to interpret and transmit neurological information. In biological systems, however, neurotransmitters are chemical-based interneuron messengers. This mismatch can potentially lead to incorrect interpretation of the transmitted neuron information. Here we report a chemically mediated artificial neuron that can receive and release the neurotransmitter dopamine. The artificial neuron detects dopamine using a carbon-based electrochemical sensor and then processes the sensory signals using a memristor with synaptic plasticity, before stimulating dopamine release through a heat-responsive hydrogel. The system responds to dopamine exocytosis from rat pheochromocytoma cells and also releases dopamine to activate pheochromocytoma cells, forming a chemical communication loop similar to interneurons. To illustrate the potential of this approach, we show that the artificial neuron can trigger the controllable movement of a mouse leg and robotic hand. An artificial neuron that detects dopamine using a carbon-based electrochemical sensor and then processes the sensory signals using a memristor with synaptic plasticity, before stimulating dopamine release via a heat-responsive hydrogel, can be used to trigger the controllable movement of a mouse leg and robotic hand.
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