В 2017 году исследователи Стэнфордского университета представили новый прибор, который имитирует мозга эффективным и низким потреблением энергии процесс обучения. Это был искусственный версию синапс — разрыв через которые медиаторы путешествовать общаться между нейронами-сделанный из экологически чистых материалов. В 2019 году, исследователи собрали девять из их искусственных синапсов вместе в массив, показывающий, что они могут быть одновременно запрограммированы, чтобы имитировать параллельную работу головного мозга.
Теперь, в статье, опубликованной 15 июня в природных материалов, они проверили первый biohybrid версию своего искусственного синапса и показал, что он может общаться с живыми клетками. Технологии будущего исходя из этого устройство может функционировать, отвечая непосредственно на химические сигналы от мозга. Исследование проводилось в сотрудничестве с исследователями в институт итальянской техники (Итальянский институт технологий — ИИТ) в Италии и в университете Эйндховена (Нидерланды).
«Этот документ действительно подчеркивает уникальную прочность материалов, которые мы используем в возможность взаимодействовать с живой материей,» — сказал Альберто Salleo, профессор материаловедения и инженерии в Стэнфорде и co-старший автор бумаги. «Клетки с удовольствием сидел на мягком полимере. Но совместимость идет глубже: эти материалы работать с той же молекулы, нейроны используют, естественно.»
В то время как другой мозг-интегрированные устройства требуют использования электрических сигналов для обнаружения и обработки сообщений мозга, связи между этим устройством и живых клетках происходит через электрохимия — как если бы материал просто еще один нейрон получает сообщения от своего соседа.
Как нейроны учатся
В biohybrid искусственный синапс состоит из двух мягких полимерных электродов, разделенных траншею заливается раствор электролита-который играет роль синаптическую щель, отделяющую общения нейронов в мозге. Когда живые клетки помещаются на вершине одного электрода, нейромедиаторов, что эти клетки продуцируют может реагировать с электродом для получения ионов. Эти ионы путешествовать по траншее в сторону второго электрода и модулировать ща состояние этого электрода. Некоторые из этих изменений сохраняется, имитируя учебный процесс, происходящие в природе.
«В биологическом синапсе, по сути, все контролируется химических взаимодействий на синаптические соединения. Всякий раз, когда клетки общаются друг с другом, они с помощью химии», — сказал Скотт Кин, выпускник Стэнфордского и со-ведущий автор статьи. «Будучи в состоянии взаимодействовать с природными химии мозга придает устройству дополнительной утилиты».
Этот процесс имитирует тот же самый вид обучения видели в биологических синапсов, что является весьма эффективным с точки зрения энергии, так как происходят вычисления и памяти в одно действие. В более традиционных компьютерных систем, обработки данных, а затем перевезли в хранилище.
Чтобы протестировать устройство, ученые использовали нейроэндокринных клеток крысы, которые продуцируют нейромедиатор дофамин. Прежде чем они побежали их эксперименте, они были уверены, что дофамин будет взаимодействовать с материалом, но они увидели, постоянные изменения в состоянии их устройства на первую реакцию.
«Мы знали, что реакция необратима, так что логично, что это вызовет постоянное изменение в проводящей государственного устройства», — сказал Кин. «Но, это было трудно понять, правда ли мы достичь тех результатов, которые мы прогнозировали на бумаге, пока мы не видели, как это произошло в лаборатории. Это было, когда мы осознали потенциал этого для эмуляции долгосрочный процесс обучения синапс».
Первый шаг
Эта конструкция biohybrid находится на такой ранней стадии, что основное внимание данного исследования было просто заставить его работать.
«Это демонстрация того, что эта связь слияние химия и электричество», — сказал Salleo. «Можно сказать, что это первый шаг к Мозго-машинный интерфейс, но он крошечный, крошечный первый шаг.»
Теперь, когда исследователи успешно протестировали их дизайн, они придумывают лучшие пути для будущих исследований, которые могут включать работу по Брейн-вдохновил компьютеры, мозг-машинных интерфейсов, изделиями медицинской техники или новых исследовательских инструментов для нейробиологии. Уже сейчас они работают над Как сделать устройства лучше в более сложные биологические параметры, которые содержат различные виды клеток и нейромедиаторов.
Это исследование финансировалось Национальным научным фондом, в полупроводниковой научно-исследовательской корпорации, выпускник Стэнфорда Братство, кнута и Алисы Валленберг основой для докторской исследований в Стэнфорде и Европейского Союза «Горизонт 2020» научных и инновационных программ.
История Источник:
Материалы , предоставляемые Стэнфордского университета. Оригинал написал Тейлор Кубота. Примечание: материалы могут быть отредактированы для стиля и длины.