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世界上第一个人造神经元问世
www.creaders.net | 2019-12-10 15:51:46  《自然通讯》 | 0条评论 | 查看/发表评论
  

  最近,科学家们成功造出了硅片上的人造神经元,其行为就和真的神经元一样,这是同类研究中的第一个成果,为治疗慢性疾病提供了巨大的可能,如心力衰竭、阿尔茨海默病和其它神经退行性疾病。

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  重要的是,这种人工神经元不仅表现得像生物神经元,而且只需要微处理器十亿分之一的功率,这使得它们非常适合用于医疗植入物和其它生物电子设备。

  由巴斯大学领导的研究小组,其中包括来自布里斯托尔大学、苏黎世大学和奥克兰大学的研究人员,在《自然通讯》上发表的一项研究中描述了这种人工神经元。

  几十年来,设计像真实神经元一样对来自神经系统的电信号作出反应的人工神经元一直是医学界的一个主要目标,因为这为治疗神经元工作不正常或脊髓损伤等提供了可能。人工神经元可以通过对生物反馈的充分反应来修复病变的神经回路,从而恢复机体功能。例如,在心力衰竭中,大脑底部的神经元对神经系统的反馈没有做出适当的反应,也没有向心脏发送正确的信号,因此心脏的跳动没有达到应有的强度。

  然而,由于复杂的生物学和难以预测的神经元反应,人工神经元的发展一直面临着巨大的挑战。

  现在,研究人员成功地建立了模型并推导出方程来解释神经元如何对来自其它神经的电刺激做出反应。这是非常复杂的,因为这种响应是非线性的。然后,他们设计了能够精确模拟生物离子通道的硅芯片。接下来,他们证明这种硅神经元能够精确地模拟真实的、对一系列刺激做出反应的活神经元。研究人员精确地复制了大鼠海马神经元和呼吸神经元在大范围刺激下的完整动态。

  来自巴斯大学物理系的阿兰·诺加雷特教授领导了这个项目。他表示:“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,看到了里面的东西。我们的工作带来巨大的改变,因为它提供了一种稳健的方法来重现真实神经元的电学特性细节。而且我们的人造神经元应用范围更广,因为我们的神经元只需要140纳瓦的能量。这只是微处理器的十亿分之一,其它合成神经元的尝试都使用了微处理器。我们的人造神经元的特性使得其非常适合当作治疗慢性疾病的生物电子植入物,例如,我们正在开发一种智能心脏起搏器,它不仅能刺激心脏以稳定的速度跳动,还能利用这些神经元对心脏的需求做出实时反应。”

  来自苏黎世大学的贾科莫·因迪韦里教授是这项研究的合著者,他补充道:“这项工作为神经形态芯片的设计开辟了新领域,因为它采用独特的方法来识别关键的模拟电路参数。”

  另一个合作者,教授朱利安·佩顿,奥克兰大学的生理学家和布里斯托尔大学的说:“复制呼吸神经元的反应生物电子学可以小型化和植入是非常令人兴奋和开辟了巨大的机会智能医疗设备驱动转向个性化医学方法对一系列疾病和残疾的“。”

  另一位合著者,奥克兰大学和布里斯托尔大学生理学教授朱利安·帕顿表示:“在生物电子学中复制呼吸神经元的反应,这种反应可以被微型化和植入,这是非常令人兴奋的,并为智能医疗设备开辟了巨大的机会,这些设备推动了针对一系列疾病和残疾的个性化医疗方法。”

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