Хотя было разработано всего несколько типов искусственных нейронов, ни один из них не был по-настоящему практичным для нейропротезов. Одна из самых больших проблем заключается в том, что нейроны в мозге связываются очень точно, но электрический выход из типичной электрической нейронной сети не способен нацеливаться на конкретные нейроны. Чтобы преодолеть эту проблему, команда преобразовала электрические сигналы в свет. Достижения в оптогенетике позволили точно нацелить нейроны в очень маленькой области биологической нейронной сети.
Оптогенетика — это технология, которая использует преимущества нескольких чувствительных к свету белков, обнаруженных у водорослей и других животных. Вставка этих белков в нейроны является своего рода хаком; как только они появятся, свет от нейрона сделает его активным или неактивным, в зависимости от типа белка.
В этом случае исследователи использовали белки, которые были активированы специальным синим светом. В своем эксперименте они сначала преобразовали электрический выход нейронной сети в клетчатый узор из синих и черных квадратов. Затем они осветили эту схему на квадрат 0,8 на 0,8 мм биологической нейрональной сети, растущей в чашке. Внутри этого квадрата непосредственно активировались только нейроны, включенные светом синих квадратов.
Спонтанная активность в культивируемых нейронах вызывает синхронную активность, которая следует определенному ритму. Этот ритм определяется тем, как нейроны связаны друг с другом, типами нейронов и их способностью адаптироваться и изменяться.
«Ключом к нашему успеху было понимание того, что ритмы искусственных нейронов должны совпадать с ритмами реальных нейронов. Как только мы смогли это сделать, биологическая сеть смогла ответить на “мелодии” от искусственного. Предварительные результаты, полученные в ходе европейского проекта Brainbow, помогают нам создавать эти биомиметические искусственные нейроны».
Тимоти Леви из Института промышленных наук Токийского университета и лаборатории IMS Университета Бордо
Они настроили искусственную нейронную сеть, чтобы использовать несколько разных ритмов, пока не нашли лучшее соответствие. Группы нейронов были назначены определенным пикселям в сетке изображения, и затем ритмическая активность смогла изменить визуальный паттерн, который был освещен культивируемыми нейронами. Световые паттерны были показаны на очень маленькой области культивируемых нейронов, и исследователи смогли проверить местные реакции, а также изменения в глобальных ритмах биологической сети.
Команда надеется, что будущие протезы, использующие их систему, смогут заменить поврежденные мозговые цепи и восстановить связь между областями мозга.
Читать еще:
Прямая трансляция конференции Microsoft Build 2020.
Ученые обнаружили невосприимчивых к COVID-19 людей.
Найдено антитело, которое нейтрализует не только SARS-CoV-2, но и старые коронавирусы.