Шведские исследователи создали искусственный нейрон, состоящий из электрохимических транзисторов, который способен не только обучаться так же, как живой, но и встраиваться в органические системы. Его работу испытали на венериной мухоловке, которая по сигналу, поступившему от нейрона, захлопнула ловчий аппарат без добычи. Этот может стать первым шагом к интерфейсам мозг-компьютер нового поколения. О своих успехах ученые рассказали в журнале Nature Communications.
Попытки создать искусственную нервную систему не прекращаются с 80-90х годов, но пока что успехи в этой области нельзя назвать значительными. Нейронные сети хоть и построены по принципу работы настоящих нейронов, все-таки не могут повторить их, да и вообще представляют собой принципиально иной продукт. Тем не менее их активно используют в том числе для корректной расшифровки сигналов мозга.
Некоторых любопытных результатов достигли в 2020, передав нервный импульс через Всемирную сеть из Цюриха (Швейцария), где находились искусственные кремниевые нейроны, в Падую (Италия) на культуру живых нервных клеток через мемристоры в Саутгемптоне (Великобритания). Однако, с интеграцией в живую систему подобных кремниевых нейронных аналогов есть ряд трудностей: они жесткие и обладают низкой биосовместимостью, а значит долго работать беспроблемно не смогут. А вот продукт шведских исследователей эти сложности позволяет минимизировать.
Синтетические нейроны представляют собой органические полупроводники – напечатанные на подложке биосовместимые электрохимические транзисторы. Находящиеся в их составе полимеры p-типа и n-типа способны переносить как положительные, так и отрицательные заряды. Исследователи объединили несколько транзисторов в одну схему и получили искусственные аналоги нейрона и синапса, где один нейрон контактирует с другим.
Система способна функционировать при крайне низком напряжении ниже 0,6 В – гораздо меньшем, чем удавалось создать до этого в других аналогах. Ее функции проверили на венериной мухоловке, которая захлопнулась при отсутствии добычи, стоило нейрону подать сигнал. Интересно, что этот нейрон также способен к обучению, а потенциально – к синаптической пластичности.
В дальнейшем авторы планируют проверить работоспособность изобретения на беспозвоночных и позвоночных животных. А в будущем, по их мнению, при успехе тестирования можно думать о носимых устройствах и нейроинтерфейсах нового поколения.
Текст: Анна Хоружая
Organic electrochemical neurons and synapses with ion mediated spiking by Padinhare Cholakkal Harikesh et al. in Nature Communications. Published February 2022. https://doi.org/10.1038/s41467-022-28483-6
