Команда ученых из Университета Бата разработала электронное устройство, которое, по словам разработчиков, копирует поведение нейронов. Пока что искусственный нейрон играет роль лишь одного из видов нервных клеток человека, которые работают в головном мозге — тех, что отвечают за дыхание и сердцебиение.
Тем не менее, разработчики заявили, что их технология дает возможность создавать и другие нейроны, как те, что работают в мозге, так и те, что расположены в нервных окончаниях по всему телу. Основная задача, которую выполняют «электронные нейроны» — воспроизведение электрической активности настоящих клеток.
И не просто активности, а той работы, которую выполнял бы реальный нейрон, если бы он был соединен с другими клетками. Это нечто вроде аналогового симулятора, который не выполняет вычислений и не работает с «цифрой».
Стоит отметить, что идея, заложенная в основу проекта, не является новой. Она была высказана учеными Аланом Ллойдом Ходжкином и Эндрю Хаксли в середине XX века. Они предположили, что нейрон можно воспроизвести искусственно. Для этого нужно использовать мембрану, работающую как электрическпая цепь. Она, в свою очередь, состоит из четырех разных элементов, включая конденсатор и три независимых ионных канала с переменной проводимостью.
Также ученые разработали математическую модель, которая описывает работу ионных каналов с переменной проводимостью. Как оказалось, эта модель действительно работает, но лишь в теории и в экспериментах, связанных с электричеством.
А необходимость создать искусственный нейрон есть, поскольку только так можно восстановить, например, поврежденную нервную систему. Но добавленные элементы, которые замещают искусственные или поврежденные, должны работать как реальные нейроны.
Эту проблему решает искусственный нейрон, разработанный под руководством ученого Алена Ногаре. Как утверждают ученые, в искусственном нейроне специфическая электрическая цепь, она дает возможность воспроизводить реакцию реального нейрона на внешние факторы.
Недостатком разработки сейчас является большой размер устройства. Это микросхема на кремниевом чипе. Но зато система полностью соответствует как модели Ходжкина-Хаксли, так и более новым моделям. Точность работы чипа — около 96%.
Ученые решили проверить работу нейрона, для чего смоделировали реальную систему — пирамидальные клетки гиппокампа и нейроны дыхательного центра крысы. Эта система была выбрана по причине своей отличной изученности: ученые знают, как и где располагаются нервные клетки, знают и соотношение нейронов. В итоге оказалось, что из искусственных нейронов можно создать искусственные аналоги при условии внедрения шести типов модельных ионных каналов с заданием определенного алгоритма работы.
Затем на созданных системах были опробованы разные последовательности электрических сигналов. Как оказалось, точность воспроизведения импульсов была очень близкой к реальным условиям — от 94% до 97%.
После того, как информация об исследовании появилась в сети, о проекте стали говорить, что он может стать основной для лечения заболеваний, связанных с повреждениями нервной системы. Тем не менее, это не совсем так, до практического использования результатов проекта еще очень далеко.
Основная проблема в том, что «нейрон» очень большой, это чип. Вживить его в организм — непростая задача, которая усложняется тем, что нужно ведь еще создавать соединения между искусственными клетками. Эти связи формируют каналы, которые и проводят электрический ток.
Тем не менее, вполне перспективным является направление разработки простых бионических протезов, а также интерфейсов для связи нервной системы человека с компьютером. Здесь возможность использования чипов есть уже сейчас, так что авторы проекта, вероятно, займутся изучением этой возможности в ближайшее время.
