世界上第一個人造神經元造出

最近，科學家們成功造出了矽片上的人造神經元，其行為就和真的神經元一樣，這是同類研究中的第一個成果，為治療慢性疾病提供了巨大的可能，如心力衰竭、阿爾茨海默病和其它神經退行性疾病。

重要的是，這種人工神經元不僅表現得像生物神經元，而且只需要微處理器十億分之一的功率，這使得它們非常適合用於醫療植入物和其它生物電子設備。

由巴斯大學領導的研究小組，其中包括來自布里斯托大學、蘇黎世大學和奧克蘭大學的研究人員，在《自然通訊》上發表的一項研究中描述了這種人工神經元。

幾十年來，設計像真實神經元一樣對來自神經系統的電信號作出反應的人工神經元一直是醫學界的一個主要目標，因為這為治療神經元工作不正常或脊髓損傷等提供了可能。人工神經元可以通過對生物反饋的充分反應來修復病變的神經迴路，從而恢復機體功能。例如，在心力衰竭中，大腦底部的神經元對神經系統的反饋沒有做出適當的反應，也沒有向心臟發送正確的信號，因此心臟的跳動沒有達到應有的強度。

然而，由於複雜的生物學和難以預測的神經元反應，人工神經元的發展一直面臨著巨大的挑戰。

現在，研究人員成功地建立了模型並推導出方程來解釋神經元如何對來自其它神經的電刺激做出反應。這是非常複雜的，因為這種響應是非線性的。然後，他們設計了能夠精確模擬生物離子通道的矽晶片。接下來，他們證明這種矽神經元能夠精確地模擬真實的、對一系列刺激做出反應的活神經元。研究人員精確地複製了大鼠海馬神經元和呼吸神經元在大範圍刺激下的完整動態。

來自巴斯大學物理系的阿蘭·諾加雷特教授領導了這個項目。他表示：「到目前為止，神經元就像黑匣子，但我們已經成功地打開了黑匣子，看到了裡面的東西。我們的工作帶來巨大的改變，因為它提供了一種穩健的方法來重現真實神經元的電學特性細節。而且我們的人造神經元應用範圍更廣，因為我們的神經元只需要140納瓦的能量。這只是微處理器的十億分之一，其它合成神經元的嘗試都使用了微處理器。我們的人造神經元的特性使得其非常適合當作治療慢性疾病的生物電子植入物，例如，我們正在開發一種智能心臟起搏器，它不僅能刺激心臟以穩定的速度跳動，還能利用這些神經元對心臟的需求做出實時反應。」

來自蘇黎世大學的賈科莫·因迪韋裡教授是這項研究的合著者，他補充道：「這項工作為神經形態晶片的設計開闢了新領域，因為它採用獨特的方法來識別關鍵的模擬電路參數。」

另一個合作者,教授朱利安·佩頓,奧克蘭大學的生理學家和布里斯托大學的說:「複製呼吸神經元的反應生物電子學可以小型化和植入是非常令人興奮和開闢了巨大的機會智能醫療設備驅動轉向個性化醫學方法對一系列疾病和殘疾的「。」

另一位合著者，奧克蘭大學和布里斯托大學生理學教授朱利安·帕頓表示：「在生物電子學中複製呼吸神經元的反應，這種反應可以被微型化和植入，這是非常令人興奮的，並為智能醫療設備開闢了巨大的機會，這些設備推動了針對一系列疾病和殘疾的個性化醫療方法。」

本文譯自 techxplore，由譯者 Lough 基於創作共用協議(BY-NC)發布。