Оживлённый чип отдаёт приказы нервным клеткам
Учёные в далеком прошлом обучились снимать электрические импульсы с нервных клеток. Уже придумана масса таких устройств.
Но, думается, никто до сих пор не попытался пойти в обратном направлении: к электронике, талантливой произвольно оказывать влияние на внутриклеточные биологические процессы.
Биологи из Германии, Швейцарии и Италии, совместно со известным изготовителем чипов — компанией Infineon Technologies выстроили микросхему, талантливую, возможно, взаимодействовать сходу более чем с 16 тысячами нейронов, что намного больше, чем во всех прошлых сходных опытах.
Ранее или чипы трудились с весьма ограниченным числом нейронов, или – с солидным числом, но не с каждым по отдельности, а с их группами.
В ходе проекта NACHIP (смотрите кроме этого страницу проекта университета Падуи) исследователи планомерно идут к необычной цели – сотрудничеству компьютера с комплектом живых клеток (лично), с возможностью не только приобретать от них данные, но и оказывать влияние на работу генов в этих клетках.
Главные авторы NACHIP: Петер Фромхерц (Peter Fromherz) из отдела мембран и нейрофизики университета биохимии Макса Планка (Department of Membrane and Neurophysics), Стефано Вассанелли (Stefano Vassanelli) из анатомии человека и отдела физиологии университета Падуи (Dipartimento di Anatomia e Fisiologia Umana) и Николас Грифф (Nikolaus G. Greeff) из университета физиологии университета Цюриха (University of Zurich, Institute of Physiology).
Самое примечательное в проекте NACHIP то, что отличает его от предшествующих работ – «двусторонний подход» для решения проблемы тесного и действенного сотрудничества живых электроники и нейронов.
Обязана ли электроника стать более «живой», дабы трудиться с нейронами, либо нейроны необходимо поменять, дабы научить их прекрасно взаимодействовать с чипами?
А для чего выбирать? Необходимо сделать да и то, и второе. Так авторы проекта и поступили. С одной стороны, они применяли способы генной инженерии, дабы подкорректировать строение нейронов, сделав их более «общительными», а с другой – применили новейшие способы микроэлектроники, дабы максимально приспособить чип к нейронам.
Один нейрон крысы на микросхеме. Ионный поток в клетке превращает её в составную часть полевого транзистора, разрешая клетке оказывать влияние на работу электроники.
Опыт Петера Фромхерца (фото с сайта biochem.mpg.de).
Из этого перемещения навстречу оказалось вот что.
Особый чип с поперечником всего в 1 миллиметр содержит 16 сотни 384 конденсаторов и тысяч транзистора. В то время, когда на него высаживаются нервные клетки, транзисторы приобретают от них сигналы, а конденсаторы, под управлением транзисторов, отправляют сигналы от электроники – нейронам.
С позиций физики, схемы и взаимодействие нейронов происходит благодаря перемещению ионов Na через клеточную мембрану, что меняет локальный её заряд, на что реагирует транзистор. Со своей стороны, управляемый электроникой заряд на конденсаторе воздействует на ионный ток через мембрану, заставляя нейрон реагировать на «запрос» извне.
Применяв генную инженерию, исследователи (а трудились они сперва с нейронами улитки, как с более большими и несложными, а позже – с нейронами крыс, как с более сложными и меньшими по размеру) модифицировали нейроны животных, увеличив в их оболочках число ионных каналов и повысив их активность.
Сам чип кроме этого взял новшества: его покрыли белками, каковые в мозге связывают нейроны совместно (собственного рода клей) и кроме этого активируют ионные каналы в нейронах. В чипе были применены транзисторы с уменьшенным шумом, участки для возбуждения нейронов и соседние с ними транзисторы были сближены до нескольких микронов, дабы возможно было отправлять импульс и приобретать отклик от одного единственного нейрона.
Нейроны улитки «прицеплены» к одной из умелых схем, на поверхности которой радиально расходятся дорожки — неестественные синапсы (фото с сайта biochem.mpg.de).
Тесное сотрудничество нервных схемы и клеток разрешает исследователям рассчитывать на следующий ход: «Должно быть, возможно вынудить сигналы чипа оказывать влияние на нейрон так, дабы в нём включался новый ген, — говорит Вассанелли. — Чип создан. И мы планируем использовать его, дабы попытаться включать и отключать гены „.
Как это будет происходить? Состав, что конкретно выключал бы ген, должен быть добавлен в лабораторную чашку, 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 влияния на работу клеточных мембран.
Итальянский участник проекта говорит, что такие испытания, с одной стороны, предоставит шанс лучше осознать работу нейронов, а с другой, разрешат создавать новые устройства, скажем, чипы с памятью на базе живых клеток.
Кроме этого вероятно будет создание чипов-протезов, помогающих в работе организма при болезнях нервной совокупности, либо легко – чипов, осуществляющих контроль общее состояние организма человека.
Так как по окончании опытов с нейронами животных экспериментаторы собираются прийти и к опытам с людскими нейронами. Да и задача совмещения миниатюрной электроники с нервными клетками в организме (а не на лабораторном столе) – уже в том либо другом виде решена.
Отыщем в памяти, хотя бы “выключатель боли» либо управление электронной почтой при помощи мыслей.
Сейчас вот на горизонте вырисовывается – коррекция работы генов в теле с вашего компьютера. Ещё один штришок к будущему Homo Electronics?
