Протез — это искусственное устройство, которое заменяет поврежденную или отсутствующую часть тела. Можно легко представить пирата с деревянной ногой или знаменитую роботизированную руку Люка Скайуокера. Теперь попробуйте представить протез, который заменяет часть поврежденного мозга. Ученые, тем не менее, создали работающую с помощью оптогенетики систему для протезирования человеческого или любого другого головного мозга. Об этом сообщает Scientific Reports.
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.