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科学家制造出一种微小的硅芯片,可模拟单个神经元

2019-12-05 14:51:14  来源:知否

日前科学家们已经制造出一种微小的硅芯片,小到足以放在指尖上,功能与人体中的生物神经细胞“几乎完全相同”。研究小组认为,这种低功耗芯片可以用于生物电子设备和植入物,为治疗诸如阿尔茨海默病或脊髓损伤等影响神经系统的疾病提供了一种新方法。

科学家们研制出人工神经细胞,可模拟单个神经元

神经细胞或神经元遍布大脑和神经系统,并通过细长的突触迅速发送电信号,将信息从大脑传到身体和背部。它们的信号活动需要离子通道将机械或化学信号转换成电信号。这是一个隐藏在我们所有神经冲动之下的复杂舞蹈,但这种复杂性使我们很难弄清楚细胞是如何对某些刺激做出反应的。

“到目前为止,神经元就像黑匣子,但我们已经成功地打开了黑匣子,向里面窥视,”该研究合著者、巴斯大学物理学家阿兰·诺加雷特(Alain Nogaret)表示,“我们的工作正在发生模式上的变化,因为它提供了一种可靠方法来重现真实神经元的电学特性的细微细节。”

这项新技术能在微型芯片上复制神经元的电学特性。该团队能够复制大脑中记忆所需的单个神经细胞(“海马神经元”)和呼吸所需的单个神经细胞(“呼吸神经元”)的动态。这种人造的神经芯片有许多合成离子通道,这些通道负责模拟神经细胞中的电脉冲。

研究团队将芯片产生的这些信号与在大鼠海马神经元和大鼠脑干神经元中发现的信号进行比较,让芯片接受60种不同的刺激方案并模拟这些反应,发现每次芯片都能再现真实细胞中的反应。

虽然这项研究显示了生物医学植入物的前景,但作者指出,神经细胞的其他特征还需要考虑。

这种芯片的作用就像单个神经细胞,但神经细胞还需要通过树突将信号从一个细胞传到另一个细胞。研究小组认为,他们的模型允许将“一个生物神经元的完整动力学”整合进芯片之中,但仍需要新的设备来显现树突的活性特性。

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