Logo
Cover

Разработка ученых из Стенфорда подтверждает принципиальную возможность создания биогибридных систем, в том числе интерфейсов мозг-компьютер. Особенностью примененного ими решения стало использование материалов, благодаря которым взаимосвязь искусственных синапсов и биологических клеток осуществляется посредством электрохимии, то есть также, как в живом мозге.

Разработанные международной группой ученые искусственные синапсы представляют собой биогибридное устройство для взаимодействия с живыми клетками. В отличие от других устройств, которым требуется электрический сигнал для обнаружения и обработки информации, новая технология использует уникальную силу материалов. Работа опубликована на сайте Стэнфордского университета.

В результате взаимодействие происходит посредством электрохимии, как будто материал является частью единого целого — еще одним нейроном, получающим сообщения от своего соседа, объясняют ученые.

Биогибридный искусственный синапс состоит из двух мягких полимерных электродов, разделенных желобом, заполненным раствором электролита, который играет роль синаптической щели, разделяющей сообщающиеся нейроны в мозге. Помещенные поверх одного электрода клетки выделяют нейтромедиаторы, которые образуют ионы. Перемещаясь ко второму электроду ионы модулируют передачу импульса.

«В биологическом синапсе практически все контролируется химическими взаимодействиями в синаптическом соединении. Наша работа подчеркивает уникальную силу материалов, которые мы использовали для соединения с живой материей», — прокомментировали авторы.

Продемонстрированный учеными процесс имитирует тот же тип обучения, что и в биологических синапсах, который является высокоэффективным с точки зрения энергозатрат, поскольку вычисления и хранение в памяти происходят за одно действие, тогда как в обычных компьютерах данные сначала обрабатываются, а затем сохраняются.

Ученые протестировали устройство на клетках крысы, высвобождавших дофамин. Эксперименты подтвердили постоянное изменение проводящего состояния устройства. То есть клетки взаимодействовали с синапсами так, как будто они были природными биологическими.

Будущие технологии, вытекающие из этого устройства, могут функционировать, реагируя непосредственно на химические сигналы мозга.

Технология пока находятся на самой ранней стадии тестирования. На данном этапе ученые ставили своей целью только доказать жизнеспособность подхода. Теперь команда намерена проверить действие устройства в более сложных условиях с присутствием различных типов клеток и нейтромедиаторов.

Другая группа ученых работала с искусственными нейронами и выяснила, что непрерывная работа может вызывать сбои. Оказалось, что им нужно «спать» подобно настоящим нейронам.