الخلايا العصبية الحية والاصطناعية متصلة عبر الإنترنت

تمكنت مجموعة من العلماء من جامعات في المملكة المتحدة وألمانيا وإيطاليا وسويسرا على تطوير نظام لربط الخلايا العصبية الاصطناعية مع الخلايا البيولوجية. تم توصيلهم عبر الإنترنت باستخدام memristor ، وتم وضع ثلاثة عناصر من النظام في مناطق مختلفة من أوروبا.

أساس الدماغ هو مجموعة من الخلايا العصبية ، ما يسمى الشبكات العصبية. ترتبط الخلايا العصبية الفردية ببعضها البعض عن طريق المشابك. تجعل التقنيات الجديدة من الممكن تطوير نظائر الخلايا العصبية وربطها بالمشابك الاصطناعية. بالطبع ، كل هذا على مستوى بدائي نسبيًا ، ولكن بمرور الوقت ، ينجح العلماء في مشروعات معقدة بشكل متزايد.

حسنًا ، هناك حاجة إلى ذاكرة تذكارية في مثل هذه الشبكة الاصطناعية من أجل زيادة كفاءة نقل الإشارة من خلية عصبية إلى أخرى.

العنصر الرئيسي للشبكة الاصطناعية هو نظير أشباه الموصلات للخلايا العصبية. هذه شريحة من ملايين الترانزستورات. ولدت الرقاقة نبضات كهربائية ، والتي جاءت لأول مرة إلى الذاكرة ، ومن خلالها ، من خلال القطب الكهربائي الصغير إلى الخلايا العصبية الحصينية للماوس. كما اتضح ، كان للإشارة الكهربائية تأثير مشابه لإمكانيات ما بعد المشببة المثيرة ، والتي تتشكل منها النبضات العصبية في الدماغ.

لعب هذا الميكرود الصغير دور المشبك ، لذلك كان يطلق عليه synaptor.



المشابك الحقيقية هي من البلاستيك ، ومن أجل تحقيق التشابه ، أرسل العلماء إشارة إلى التذكاري من خلال قطبين. لعبت الأولى دور التحفيز قبل المشبكي ، حيث تلقت إثارة من الخلايا العصبية الاصطناعية. حسنًا ، تم استخدام الثاني كمدخل postynaptic ، وعاد استجابة من الخلايا العصبية الطبيعية إلى memristor.

بالمناسبة ، تبين أن السلسلة معقدة للغاية ، ولكن في النهاية عملت كل شيء ، كما هو متوقع.



بالإضافة إلى ذلك ، تم تطوير الجزء الثاني من النظام - هناك حاجة لنقل إشارة من الخلايا العصبية الحية إلى السيليكون. أنشأ العلماء نظام تسجيل الخلايا العصبية باستخدام ما يسمى طريقة التثبيت المحلي المحتملة. بعد ذلك ، دخلت النبضات التذكاري الثاني ، ثم إلى العصبون الاصطناعي.

وكانت النتيجة دارة هجينة تنقل إشارة من خلية سيليكون إلى عصبون حقيقي.

كما هو موضح أعلاه ، تم فصل عناصر النظام جغرافياً. على سبيل المثال ، كانت الخلايا العصبية السليكونية تقع في زيورخ ، وكان الأعضاء في ساوثامبتون ، وكانت ثقافة الخلايا العصبية للماوس في بادوفا. لإرسال الإشارات عبر الإنترنت ، تم استخدام بروتوكول UDP.

من أجل إظهار خصائص الموصّلات ، قام العلماء بنمذجة تقوية المشابك الحصينية للجلام. في النموذج الناتج ، عمل أول عصبون اصطناعي كجهاز تنظيم ضربات القلب. أنتج إشارات كهربائية بتردد معين. عمل Memristors في نفس الوقت كغشاء ما بعد المشبكي ، مما يضيف وظيفة اللدونة إلى الدماغ.

قام المبرمجون ببرمجة المدراء بطريقة غيروا المقاومة استجابة لتواتر تفريغ الخلايا العصبية البيولوجية. تم تسجيل هذا الأخير عن طريق الإدخال postynaptic. هذه هي الطريقة التي تعمل بها مستقبلات خلايا الحصين. حسنًا ، عمل التذكير الثاني في وضع الشحن العشوائي. أعطى نبضات بشكل عشوائي ، وتأثر نشاطه بخلايا عصبية طبيعية من خلال ميموريستور.



ونتيجة لذلك ، أظهرت الخلية الحية نشاطًا ، تحافظ عليه حتى بعد انخفاض تواتر التهيج. أظهر العنصر الثالث من السلسلة ، في النهاية ، نشاطًا عفويًا محسنًا. إذا قام العلماء بتخفيض معدل تفريغ جهاز تنظيم ضربات القلب ، فقد تطور اكتئاب طويل المدى ، انخفض خلاله نشاط النظام بأكمله.

لماذا وكيف يمكنني استخدام هذا النظام؟ وفقًا للعلماء ، سيساعد ذلك في تطوير علاجات لاضطراب نظم القلب وارتفاع ضغط الدم وإصابات الحبل الشوكي ومرض باركنسون.



بالمناسبة ، في أحد هذه الأيام أصبح معروفًا عن تطبيق آخر للكاتب. تم استخدامها من قبل علماء مركز الأبحاث "معهد كورشاتوف" لتخزين ومعالجة البيانات. ستكون مفيدة في أنظمة التعرف على الصوت والأشخاص في مجمعات النقل والأمن. في غضون بضع سنوات ، يمكن أن تصل التقنيات إلى مستوى تكون فيه هذه الأنظمة صغيرة جدًا الحجم ولديها سعة معلومات هائلة.