神経形態の知覚のための刺激対応の人工シナプス：進歩と視点

脳にインスパイアされた神経型コンピューティングは、電子成分の統合を介して人間の脳の機能を効果的にエミュレートすることを目的としています。学習と記憶の最も重要な神経化学的基盤の1つを表すシナプス可塑性の最近の研究は、脳がどのように機能するかについての一般的な理解を高め、それによって人工神経型デバイスの開発を緩和しました。さまざまなタイプの刺激によって誘発されるシナプス可塑性を理解することは、神経系系の構築に不可欠です。複数の刺激対応シナプスの実現は、将来の神経形成コンピューティングアプリケーションにとって重要です。このレビューでは、電界、光、磁場、圧力、温度など、さまざまな外部刺激による励起下でのシナプス挙動に特に重点を置いた最先端のシナプスデバイスが要約されています。これらのシナプスデバイスのスイッチングメカニズムについては、イオン移動、電子/穴の移動、相転移、レドックスベースの抵抗スイッチング、その他のメカニズムなど、詳細に説明します。このレビューの目的は、人工シナプスの動作メカニズムの包括的な理解を提供することを目的としており、したがって、並列処理機能を備えた多機能神経系システムの設計に必要な原則を提供します。

Brain-inspired neuromorphic computing is intended to provide effective emulation of the functionality of the human brain via the integration of electronic components. Recent studies of synaptic plasticity, which represents one of the most significant neurochemical bases of learning and memory, have enhanced the general comprehension of how the brain functions and have thereby eased the development of artificial neuromorphic devices. An understanding of the synaptic plasticity induced by various types of stimuli is essential for neuromorphic system construction. The realization of multiple stimuli-enabled synapses will be important for future neuromorphic computing applications. In this Review, state-of-the-art synaptic devices with particular emphasis on their synaptic behaviors under excitation by a variety of external stimuli are summarized, including electric fields, light, magnetic fields, pressure, and temperature. The switching mechanisms of these synaptic devices are discussed in detail, including ion migration, electron/hole transfer, phase transition, redox-based resistive switching, and other mechanisms. This Review aims to provide a comprehensive understanding of the operating mechanisms of artificial synapses and thus provides the principles required for design of multifunctional neuromorphic systems with parallel processing capabilities.