Разработан искусственный нейрон

Разработан искусственный нейрон

09 Dec 2019
29
Прослушать

Исследователи из британского университета Бата разработали маломощные кремниевые чипы, имитирующие электрическую активность нейронов. Этот прорыв может позволить небольшим чипам функционировать как искусственные нейроны во многих имплантатах и медицинских устройствах, при этом технология обладает значительным потенциалом в лечении широкого круга хронических заболеваний, включая нейродегенеративные заболевания и сердечную недостаточность.

Информация о разработке была опубликована в журнале Nature Communications.

Исследователи уже давно пытаются создать искусственные нейроны. Такая технология была бы чрезвычайно полезна при самых различных заболеваниях и условиях. Например, искусственные нейроны могут быть использованы для замены поврежденных нейронов, скажем, при повреждениях спинного мозга, или дисфункциональных нейронов, таких как те, которые не посылают правильные сигналы в сердце в случае сердечной недостаточности.

Однако биологические системы чрезвычайно сложны и часто непредсказуемы в своем поведении и нелегко трансформируются в электронное оборудование. Нейроны получают электрические сигналы от других нейронов, но не всегда предсказуемо реагируют на них. Тем не менее, британские ученые использовали крупномасштабные электрофизиологические данные, полученные ранее при исследованиях, чтобы понять активность нейронов и успешно моделировать их поведение на кремниевом чипе.

Исследователи смогли доказать, что их кремниевые "нейроны" точно имитируют активность биологических нейронов в ответ на целый ряд стимуляций. Невероятно, но кремниевые нейроны могут имитировать даже активность отдельных ионных каналов на нейронах. На сегодняшний день исследователи создали кремниевые имитации дыхательных и гиппокампальных нейронов.

Для работы новых чипов также требуется очень низкий уровень мощности - всего порядка 140 наноВатт. Это составляет миллиардную долю от потребляемой мощности микропроцессора, который используется в других попытках создания синтетических нейронов. Это делает новые "нейроны" хорошо подходящими для биоэлектронных имплантатов при лечении хронических заболеваний.

Микросхемы имеют широкий спектр потенциальных применений. В частности, по словам британских ученых, они сейчас разрабатывают "умные" кардиостимуляторы, которые не только стимулируют сердцебиение с постоянной частотой, но и используют эти "нейроны" для реагирования в режиме реального времени на требования, предъявляемые к сердцу, что естественно происходит в здоровом сердце.