Созданы первые в мире искусственные нейроны

Международная команда исследователей осуществила первый в мире прорыв за десятилетия, создав искусственные нейроны, способные вести себя точно так же, как настоящие живые нейроны.

Эта технология может быть еще на расстоянии многих лет от клинического использования на людях, но инновации прокладывают путь ко всему, от лечения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, до создания новых кардиостимуляторов, стимулирующих нейроны, регулирующие работу сердца.

Создание искусственных нейронов было многогранной проблемой, с которой ученые боролись годами. Наряду с очевидным физическим препятствием в разработке миниатюрного оборудования, функционально напоминающего нейроны, исследователям необходимо было создать сложные математические модели, которые могли бы контролировать сложную нелинейную электрическую активность в искусственных нейронах.

«Наш подход объединяет несколько прорывов», — объясняет Ален Ногарет, исследователь Университета Бата, возглавляющий проект. «Мы можем очень точно оценить параметры, которые контролируют поведение любых нейронов с высокой степенью достоверности. Мы создали физические модели аппаратного обеспечения и продемонстрировали его способность успешно имитировать поведение реальных живых нейронов. Нашим третьим прорывом является универсальность нашей модели, которая позволяет включать различные типы и функции ряда сложных нейронов млекопитающих».

В недавно опубликованном исследовании были эффективно продемонстрированы два вида искусственных нейронов — дыхательные и гиппокампальные нейроны. Они были созданы искусственно и показали, что они точно копируют весь спектр активности по сравнению с их биологическими аналогами.

«Воспроизведение реакции дыхательных нейронов в биоэлектронике, которая может быть миниатюризирована и имплантирована, является очень захватывающей и открывает огромные возможности для более умных медицинских устройств, которые ведут к подходам персонализированной медицины для целого ряда заболеваний и нарушений», — говорит Джулиан Патон, соавтор нового исследования.

Эти миниатюрные кремниевые микрочипы предлагают широкий спектр гипотетических применений. Одна из возможностей — это своего рода умный кардиостимулятор, который не только предлагает электрическую стимуляцию сердцу, но и связывается с определенным сообществом нейронов в основании головного мозга, которые, как известно, играют главную роль при сердечной недостаточности.

Другим результатом является использование искусственных нейронов для замены поврежденных нейрональных путей, поврежденных нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера.

«До сих пор нейроны были похожи на черные ящики, но нам удалось открыть черный ящик и заглянуть внутрь», — объясняет Ногарет. «Наша работа меняет парадигму, потому что она обеспечивает надежный метод для точного воспроизведения свойств реальных нейронов».

Теоретически, эта технология может быть использована в будущем для создания новых нейронных путей, которые помогут реализовать тот тип интерфейса мозг-машина, который был предложен при запуске Neonink от Илона Маска.

Тем не менее, исследователи, стоящие за этим знаковым проектом, гораздо больше заинтересованы в непосредственных результатах для здоровья, таких как поиск путей замены пораженных или поврежденных нейронных сетей у людей.

Излишне говорить, что искусственные нейроны будут проходить многолетние испытания, прежде чем они достигнут реальных человеческих приложений, но это исследование является фундаментальным шагом вперед в открытии новых горизонтов для будущих применений.

Новое исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.