英国巴斯大学(University of Bath)的科学家们在硅芯片上开发出了表现得像真神经元一样的人造神经元,这是一项前所未有的成就,为医疗设备治疗慢性疾病(如心力衰竭、阿尔茨海默氏症和其他神经元变性疾病)提供了巨大的前景。
新发明的人造神经元也只需要微处理器十亿分之一的能力,这使得它们非常适合用于医疗植入物和其他生物电子设备,巴斯大学.
该研究小组由巴斯大学领导,包括来自布里斯托尔大学、苏黎世大学和奥克兰大学的研究人员。研究人员在《柳叶刀》上发表的一项研究中描述了他们的工作自然通讯。
长期以来,研究人员一直在尝试开发人造神经元,因为它为治疗神经元不能正常工作、神经元突起被切断(如脊髓损伤)或死亡的情况提供了可能性。例如,在心力衰竭中,大脑底部的神经元没有对神经系统的反馈做出正确的反应,它们反过来没有向心脏发送正确的信号,然后心脏就不能像它应该的那样努力泵血。人工神经元可以通过复制其健康功能并对生物反馈作出充分反应来修复患病的生物回路,从而恢复身体功能。
在大范围的刺激下,研究人员准确地复制了大鼠海马神经元和呼吸神经元的完整动态。
“到目前为止,神经元就像黑盒子一样,但我们已经成功地打开了黑盒子,并看到了里面。巴斯大学物理系的首席研究员阿兰·诺加雷特教授说:“我们的工作改变了范式,因为它提供了一种可靠的方法来详细再现真实神经元的电学特性。”
新的人造神经元也需要非常低水平的能量来操作。“我们的神经元只需要140纳瓦的能量。这是微处理器的十亿分之一,其他人造神经元的尝试都使用了微处理器。”诺加雷特解释道。“这使得神经元非常适合用于生物电子植入物治疗慢性疾病。”
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这项新发明在医疗设备中具有巨大的应用前景。“我们正在开发智能起搏器,它不仅能刺激心脏以稳定的速度泵血,还能利用这些神经元实时响应心脏的需求——这是健康心脏自然发生的事情。其他可能的应用可能是治疗阿尔茨海默氏症和更普遍的神经退行性疾病,”诺加雷特说。