终于!科学家制造出了“人工神经元” 脑退化症治疗有望

来源:QQ快报
责任编辑:李志喜
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探索复杂的大脑,是人类科学史上的一个重要任务。如今,科学家们终于有了突破,他们破译了脑细胞的神秘行为,并在微型芯片中重现了神经元的电学特性。

科学家成功制造出了与人体生物神经细胞“几乎完全相同”硅微型芯片,图为该芯片与英国20便士硬币的大小对比。图据巴斯大学官网

据BBC新闻3日报道,近日,英国巴斯大学的科学家宣布,他们成功制造出了一种人造神经元——一个硅微型芯片,这个与人体生物神经细胞“几乎完全相同”的芯片可用于生物电子设备和植入物,为对抗影响神经系统的疾病(如阿尔茨海默氏病、心力衰竭或脊髓损伤)提供了新的途径。

神经元的行为类似于人体内的“电路”,负责向大脑和身体其他部位传递信号,但它们的行为很难预测,尤其是输入和输出电脉冲之间的关系。一直以来,制造对神经系统电信号作出反应的人造神经元一直是医学界的一个长期目标,因为它们在治疗阿尔茨海默病等疾病方面具有潜力。

神经元具有各种大小和形状,但它们大多具有长突起,通过称为“突触”的专门信息传递结构连接到相邻细胞。图据《自然》杂志

就在本周二(3日),发表在《自然-通讯》杂志上的一项研究表示,科学家们制造的人造神经元,成功地模仿了大鼠大脑两个特定区域神经元的行为,包括来自海马体神经元(海马体是大脑中对记忆起重要作用的区域),以及负责控制呼吸的呼吸神经元。

这项新研究由巴斯大学领导的研究小组,包括来自布里斯托大学、苏黎世大学和奥克兰大学的研究人员合作开展。该团队将数学、计算和芯片设计结合起来,提出了一种在电路中复制神经细胞(神经元)自然行为的方法。

巴斯大学的物理学家阿兰·诺加雷特在新闻稿中表示:“在此之前,神经元就像黑匣子一样神秘莫测,但现在,我们成功地打开了这个黑匣子,开始向里面窥视。我们的研究是范式(paradigm)的变化,它提供了一种可靠的方法来从细节上再现真实神经元的电特性。”

阿兰·诺加雷特(右)展示放置于手指尖的硅芯片。图据巴斯大学官网

诺加雷特教授说,实验首次成功地将生物神经元的电特性复制到硅制成的半导体芯片上。他们在计算机程序中模拟活神经元,然后在硅芯片上重现它们的放电模式,准确率高达94%,与人体中存在的生物神经细胞“几乎相同”。“我们成功地提取了生物神经元的这些参数,并将这些参数插入我们制造的合成电路中。”诺加雷特教授介绍道。

这样,人造神经元便能从健康的神经细胞接收电信号,并以自然的方式进行处理,然后再向其他神经元或身体其他部位的肌肉和器官发送新的信号。

据英国《卫报》报道,尽管由于技术的发展、试验和法规的完善等原因,人造神经元可能还需要许多年才能真正帮助患者。但如果它们被证明是安全有效的,最终就能被运用于绕过神经系统损伤,帮助瘫痪的人恢复行动,或者将人的大脑与假肢连接起来,通过植入物将触觉传回大脑。

诺加雷特教授认为,该芯片可为对抗影响神经系统的疾病提供新途径。图据巴斯大学官网

这项工作为修复因退行性疾病而丧失的神经元开辟了一系列可能性,包括治疗心力衰竭和阿尔茨海默病等病症。这些神经元有可能被植入病人体内,以克服瘫痪、修复受损的大脑回路,甚至将病人的思维与机器连接起来。

研究人员之一、新西兰奥克兰大学和布里斯托尔大学的生理学家朱利安·佩顿教授称:“能够在生物电子学中复制可缩小和植入的呼吸神经元的反应十分令人振奋。”

红星新闻记者 王雅林 徐缓 编译报道

编辑 李彬彬

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