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阿尔茨海默氏病得治了?世界首个人造神经元

近日,巴斯大学的科学家们发明了世界首个硅芯片上的人造神经元,与真正神经元几近无异,为医疗设备治疗如心力衰竭、阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病等慢性疾病提供了巨大的空间。

人工神经元不仅表现得像生物神经元,而且功率也只需要微处理器十亿分之一,使它们非常适用于医疗植入物和其他生物电子设备。

数十年来,设计可响应神经系统电信号的神经元(如真实神经元)的人工神经元一直是医学的主要目标,因为它们为治疗无法正常工作的神经元提供了希望。

例如,在心力衰竭中,大脑底部的神经元对神经系统的反馈没有做出适当的反应,反过来,它们也没有向心脏发送正确的信号,因此心脏的跳动也没有达到应有的强度。

然而,由于复杂的生物学和难以预测的神经元反应,人工神经元的发展一直是一个巨大的挑战。

研究人员成功地建立了模型并推导出方程来解释神经元如何对来自其他神经的电刺激做出反应。这非常复杂,因为响应是“非线性的”,换句话说,如果一个信号强度翻倍,它不一定会引起两倍大的反应——它有可能引起的是三倍大反应或其他。然后,研究人员设计了能够精确模拟生物离子通道的硅芯片,并证明了他们的硅神经元能精确地模拟真实的、会对刺激做出反应的活神经元。

图片来源:巴斯大学

研究人员还精确地复制了大鼠海马神经元和呼吸神经元在大范围刺激下的完整动态。

领导该研究项目的巴斯大学物理教授Alain Nogaret说:“到目前为止,神经元就像黑匣子,但我们已经成功地打开了黑匣子,看到了里面的东西。我们的研究是范式的改变,因为它提供了一种稳健的方法来重现真实神经元的电学特性的细节。”

“它能做到的远大于此,因为我们的人造神经元只需要140纳瓦的功率,是微处理器所需要功率的十亿分之一,这使得人造神经元非常适合用于生物植入治疗慢性疾病。”

研究人员还正在开发一种智能心脏起搏器,它不仅能刺激心脏以稳定的速度跳动,还能利用这些神经元对心脏的需求做出实时反应。人造神经元的应用为治疗阿尔茨海默病和更广泛的神经退行性疾病带来了希望。

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