Ученые изобрели искусственные нейроны на маломощных чипах, которые ведут себя так же, как и настоящие. С их помощью можно создать медицинские устройства для лечения болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний.
Долгое время исследователи пытались создать синтетические нейроны, которые могли бы взаимодействовать с нервной системой и обеспечивать обратную связь, так же как и естественные. Однако разработка усложнялась биологическими особенностями их поведения и нелинейной реакцией клеток на электрические раздражители.
Для решения этой проблемы команда инженеров из Университета Бата составила точную модель и получила уравнения, описывающие их поведение. Затем они разработали кремниевые микропроцессоры, которые имитируют биологические ионные каналы и точно также реагируют на различные стимулы.
Представленные искусственные нейроны потребляют всего 140 нВт энергии, что делает их подходящим вариантом для создания биоэлектронных имплантатов, которые смогут выполнять функции поврежденных или мертвых нейронов, правильно реагируя на естественные требования в режиме реальном времени.
В ходе испытаний команда смогла точно воспроизвести полную динамику нейронов гиппокампа и дыхательных нейронов крыс при широком диапазоне стимулов. В настоящее время исследователи разрабатывают умные кардиостимуляторы, которые будут не только стимулировать сердцебиение, но реагировать на изменения требований организма к сердцу, как это происходит в здоровом органе.
Другой вариант интеллектуального кардиостимулятора недавно разработали ученые из Бристольского и Батского университетов, но в их бионическом устройстве естественный ритм задается аналоговым чипом на основе нейронной сети.
текст: Илья Бауэр, фото и видео: University of Bath