科學家們研製出人工神經細胞,可模擬單個神經元

日前科學家們已經製造出一種微小的矽晶片,小到足以放在指尖上,功能與人體中的生物神經細胞「幾乎完全相同」。研究小組認為,這種低功耗晶片可以用於生物電子設備和植入物,為治療諸如阿茲海默病或脊髓損傷等影響神經系統的疾病提供了一種新方法。

神經細胞或神經元遍佈大腦和神經系統,並透過細長的突觸迅速發送電訊號,將訊息從大腦傳到身體和背部。它們的訊號活動需要離子通道將機械或化學訊號轉換成電訊號。這是一個隱藏在我們所有神經衝動之下的複雜舞蹈,但這種複雜性使我們很難弄清楚細胞是如何對某些刺激做出反應的。

「到目前為止,神經元就像黑盒子,但我們已經成功地打開了黑盒子,向裡面窺視,」該研究合著者、巴斯大學物理學家艾倫‧諾加雷特(Alain Nogaret)表示,「我們的工作正在發生模式上的變化,因為它提供了一種可靠方法來重現真實神經元的電學特性的細微細節。」

這項新技術能在微型晶片上複製神經元的電學特性。該團隊能夠複製大腦中記憶所需的單個神經細胞(「海馬神經元」)和呼吸所需的單個神經細胞(「呼吸神經元」)的動態。這種人造的神經晶片有許多合成離子通道,這些通道負責模擬神經細胞中的電脈衝。

研究團隊將晶片產生的這些訊號與在大鼠海馬神經元和大鼠腦幹神經元中發現的訊號進行比較,讓晶片接受60種不同的刺激方案並模擬這些反應,發現每次晶片都能再現真實細胞中的反應。

雖然這項研究顯示了生物醫學植入物的前景,但作者指出,神經細胞的其他特徵還需要考慮。

這種晶片的作用就像單個神經細胞,但神經細胞還需要通過樹突將訊號從一個細胞傳到另一個細胞。研究小組認為,他們的模型允許將「一個生物神經元的完整動力學」整合進晶片之中,但仍需要新的設備來顯現樹突的活性特性。

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