Биологи из Германии, Италии и Швейцарии, вместе со известным изготовителем чипов — компанией Infineon Technologies выстроили микросхему, способную, потенциально, вести взаимодействие сходу более чем с 16 тыщами нейронов, что намного больше, чем во всех прежних схожих опытах.
Ранее или чипы работали с очень ограниченным числом нейронов, или – с огромным числом, но не с каждым по отдельности, а с их группами.В рамках проекта NACHIP (смотрите также страничку проекта института Падуи) исследователи планомерно идут к умопомрачительной цели – взаимодействию компьютера с набором живых клеток (персонально), с возможностью не только лишь получать от их информацию, да и оказывать влияние на работу генов в этих клеточках.
Главные создатели NACHIP: Петер Фромхерц (Peter Fromherz) из отдела мембран и нейрофизики института биохимии Макса Планка (Department of Membrane and Neurophysics), Стефано Вассанелли (Stefano Vassanelli) из отдела физиологии и анатомии человека института Падуи (Dipartimento di Anatomia e Fisiologia Umana) и Николас Грифф (Nikolaus G. Greeff) из института физиологии института Цюриха (University of Zurich, Institute of Physiology).
Самое приметное в проекте NACHIP то, что отличает его от предыдущих работ – "двухсторонний подход" для решения трудности тесноватого и действенного взаимодействия живых нейронов и электроники.
Должна ли электроника стать более "живой", чтоб работать с нейронами, либо нейроны необходимо поменять, чтоб обучить их отлично вести взаимодействие с чипами?
А для чего выбирать? Необходимо сделать и то, и другое. Так создатели проекта и поступили. С одной стороны, они использовали способы генной инженерии, чтоб подкорректировать строение нейронов, сделав их более "компанейскими", а с другой – применили новые способы микроэлектроники, чтоб очень адаптировать чип к нейронам.
Один нейрон крысы на микросхеме. Ионный поток в клеточке превращает её в составную часть полевого транзистора, позволяя клеточке оказывать влияние на работу электроники. Опыт Петера Фромхерца (фото с веб-сайта biochem.mpg.de).
Из этого движения навстречу вышло вот что.
Особый чип с поперечником всего в 1 мм содержит 16 тыщ 384 транзистора и сотки конденсаторов. Когда на него высаживаются нервные клеточки, транзисторы получают от их сигналы, а конденсаторы, под управлением транзисторов, отправляют сигналы от электроники – нейронам.
Исходя из убеждений физики, взаимодействие нейронов и схемы получается благодаря перемещению ионов натрия через клеточную мембрану, что меняет локальный её заряд, на который реагирует транзистор. В свою очередь, управляемый электроникой заряд на конденсаторе оказывает влияние на ионный ток через мембрану, заставляя нейрон реагировать на "запрос" снаружи.
Использовав генную инженерию, исследователи (а работали они поначалу с нейронами улитки, как с более большими и ординарными, а позже – с нейронами крыс, как с более сложными и наименьшими по размеру) видоизменили нейроны животных, увеличив в их оболочках число ионных каналов и повысив их активность.
Сам чип также получил новаторства: его покрыли белками, которые в мозге связывают нейроны совместно (собственного рода клей) и также активируют ионные каналы в нейронах. В чипе были использованы транзисторы с уменьшенным шумом, участки для возбуждения нейронов и примыкающие с ними транзисторы были сближены до нескольких микронов, чтоб можно было посылать импульс и получать отклик от 1-го единственного нейрона.
Нейроны улитки "прицеплены" к одной из опытнейших схем, на поверхности которой радиально расползаются дорожки — искусственные синапсы (фото с веб-сайта biochem.mpg.de).
Тесное взаимодействие нервных клеток и схемы позволяет исследователям рассчитывать на последующий шаг: "Должно быть, можно вынудить сигналы чипа оказывать влияние на нейрон так, чтоб в нём врубался новый ген, — гласит Вассанелли. — Чип сотворен. И мы планируем использовать его, чтоб испытать включать и отключать гены ".
Как это будет происходить? Хим состав, который конкретно выключал бы ген, должен быть добавлен в лабораторную чашечку, содержащую гибрид нейронов с чипом. Электроника же будет, по плану биологов, определять какая из живых клеток, подсоединённых к чипу, отреагирует на раствор, а какая – нет, за счёт воздействия на работу клеточных мембран.
Итальянский участник проекта гласит, что такие опыты, с одной стороны, дадут возможность лучше осознать работу нейронов, а с другой, позволят создавать новые устройства, скажем, чипы с памятью на базе живых клеток.
Также может быть будет создание чипов-протезов, помогающих в работе организма при заболеваниях нервной системы, либо просто – чипов, контролирующих состояние здоровья человека.
Ведь после опытов с нейронами животных экспериментаторы хотят придти и к опытам с человечьими нейронами. Ну и задачка совмещения маленькой электроники с нервными клеточками в организме (а не на лабораторном столе) – уже в том либо ином виде решена.
Вспомним, хотя бы "выключатель боли" либо управление электрической почтой с помощью мыслей.
Сейчас вот на горизонте вырисовывается – корректировка работы генов в теле с вашего компьютера. Ещё один штрих к будущему Homo Electronics?
ужс я даже не могу представить как это больно 