Международен екип от учени е създал изкуствени неврони, способни да действат точно като живите клетки. Това е едно от най-дългоочакваните постижения в науката. Въпреки че технологията е още далеч от клиничното и използване, в бъдеще тя ще позволи да се осъществят пробиви в много сфери. Статия с подробно описание на тази впечатляваща разработка е публикувана в изданието Nature Communications.

Авторите на това постижение обясняват , че разработването на неврони, които реагират на електрически сигнали, идващи от нервната система подобно на истинските клетки, открива нови възможности в лечението на състояния, при които реалните неврони не функционират по правилния начин или загиват (невродегенерация, увреждане на гръбначния мозък и други). Изкуствените неврони ще помогнат да се възстановяват нарушени биологични вериги, ако поемат едни или други функции, изпълнявани от истинските клетки.

По признание на учените от екипа, създаването на изкуствените неврони е бил дълъг , сложен и трудоемък процес.

Отначало те са моделирали и решили уравнението, обясняващо как невроните реагират на електрически стимули (или сигнали) от други нервни клетки. Това не е било лесно, защото отговорите били „нелинейни”. Например, ако силата на сигнала се увеличи два пъти, не е задължително това да означава двойно усилване на реакцията.

След това учените създали сложни математически модели, които можели да контролират тази „нелинейна” електрическа зависимост в изкуствените неврони.

Следващият етап в работата на екипа е бил разработването на силициеви чипове – синтетични схеми, които точно възпроизвеждали биологичните йонни канали.

Експериментите показали, че изкуствените неврони реагират на широк диапазон стимули, като достатъчно точно имитирали активността на биологическите си аналози. В частност, учените успели да възпроизведат пълната динамика на невроните на хипокампа и невроните, отговарящи за дишането при мишки.

„Нашият подход обединява няколко пробива. Ние можем много точно да оценим параметрите, контролиращи поведението на всякакви неврони. Създадохме физически модели за апаратно осигуряване и демонстрирахме способността успешно да се имитират реалните живи неврони. Третият пробив се състои в универсалността на нашия модел, който допуска включване на различен тип и функции на редица сложни неврони при млекопитаещите” – разказва ръководителя на проекта професор Алейн Ногарет (Alain Nogaret) от Университета в Бат (University of Bath), Великобритания.

Освен това, той отбелязва, че на изкуствените неврони им е необходима мощност само от 140 нановата ( това е милиардна част от мощността, необходима за работата на микропроцесор).

„Благодарение на това, изкуствените неврони отлично подхождат за биоелектронни импланти при лечение на хронични заболявания” – пояснява проф. Ногарет.

Миниатюрните силициеви чипове имат широк спектър на използване. Например, с тях могат да се заменят неврони, повредени от невродегенеративни заболявания, такива като болестта на Алцхаймер или амиотрофическа летерална склероза.

Друга интересна перспектива е създаването на умен „кардиостимулатор”, който се „настройва” не само от честотата на биене на сърцето, но и от обратната връзка с нервната система, подменяйки определени неврони в главния мозък. Ако последните не изпращат необходимите сигнали към сърцето, пациентът развива сърдечна недостатъчност. Изкуствените неврони могат да отстранят такава „повреда”.

Новата технология също така може да бъде използвана за реализация на нов тип интерфейс „мозък-машина”.

Впрочем, изследователите споделят, че тях много повече ги интересува медицинското използване на изкуствените неврони. В бъдеще учените се надяват да създадат миниатюрна биоелектроника, осигуряваща индивидуален подход при лечението на всеки пациент.

https://futurist.bg/world-first-artificial-neurons/?fbclid=IwAR1Kz5CXMdT4M-pI7TxePfozHRqDnUYzIe9Drqvl5leXL00KW5Yew0aTxQU