Iontronic analog of synaptic plasticity: Hydrogel-based ionic diode with chemical precipitation and dissolution

长时程增强 兴奋性突触后电位 材料科学 突触可塑性 二极管 可塑性 变质塑性 神经科学 化学 光电子学 抑制性突触后电位 生物 生物化学 受体 复合材料
作者
Seok Hee Han,Sung Il Kim,Min‐Ah Oh,Taek Dong Chung
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:120 (1): e2211442120-e2211442120 被引量:47
标识
DOI:10.1073/pnas.2211442120
摘要

In this study, an aqueous nonlinear synaptic element showing plasticity behavior is developed, which is based on the chemical processes in an ionic diode. The device is simple, fully ionic, and easily configurable, requiring only two terminals—for input and output—similar to biological synapses. The key processes realizing the plasticity features are chemical precipitation and dissolution, which occur at forward- or reverse-biased ionic diode junctions in appropriate reservoir electrolytes. Given that the precipitate acts as a physical barrier in the circuit, the above processes change the diode conductivity, which can be interpreted as adjusting “synaptic weight” of the system. By varying the operating conditions, we first demonstrate the four types of plasticity that can be found in biological system: long-term potentiation/depression and short-term potentiation/depression. The plasticity of the proposed iontronic device has characteristics similar to those of neural synapses. To demonstrate its potential use in comparatively complex information processing, we develop a precipitation-based iontronic synapse (PIS) capable of both potentiation and depression. Finally, we show that the postsynaptic signals from the multiple excitatory or inhibitory PISs can be integrated into the total “dendritic” current, which is a function of time and input history, as in actual hippocampal neural circuits.
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