科學(xué)家制造出人工神經(jīng)細(xì)胞

日前科學(xué)家們已經(jīng)制造出一種微小的硅芯片，小到足以放在指尖上，功能與人體中的生物神經(jīng)細(xì)胞“幾乎完全相同”。研究小組認(rèn)為，這種低功耗芯片可以用于生物電子設(shè)備和植入物，為治療諸如阿爾茨海默病或脊髓損傷等影響神經(jīng)系統(tǒng)的疾病提供了一種新方法。

神經(jīng)細(xì)胞或神經(jīng)元遍布大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，并通過(guò)細(xì)長(zhǎng)的突觸迅速發(fā)送電信號(hào)，將信息從大腦傳到身體和背部。它們的信號(hào)活動(dòng)需要離子通道將機(jī)械或化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。這是一個(gè)隱藏在我們所有神經(jīng)沖動(dòng)之下的復(fù)雜舞蹈，但這種復(fù)雜性使我們很難弄清楚細(xì)胞是如何對(duì)某些刺激做出反應(yīng)的。

“到目前為止，神經(jīng)元就像黑匣子，但我們已經(jīng)成功地打開(kāi)了黑匣子，向里面窺視，”該研究合著者、巴斯大學(xué)物理學(xué)家阿蘭·諾加雷特(Alain Nogaret)表示，“我們的工作正在發(fā)生模式上的變化，因?yàn)樗峁┝艘环N可靠方法來(lái)重現(xiàn)真實(shí)神經(jīng)元的電學(xué)特性的細(xì)微細(xì)節(jié)。”

這項(xiàng)新技術(shù)能在微型芯片上復(fù)制神經(jīng)元的電學(xué)特性。該團(tuán)隊(duì)能夠復(fù)制大腦中記憶所需的單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞(“海馬神經(jīng)元”)和呼吸所需的單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞(“呼吸神經(jīng)元”)的動(dòng)態(tài)。這種人造的神經(jīng)芯片有許多合成離子通道，這些通道負(fù)責(zé)模擬神經(jīng)細(xì)胞中的電脈沖。

研究團(tuán)隊(duì)將芯片產(chǎn)生的這些信號(hào)與在大鼠海馬神經(jīng)元和大鼠腦干神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)的信號(hào)進(jìn)行比較，讓芯片接受60種不同的刺激方案并模擬這些反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)每次芯片都能再現(xiàn)真實(shí)細(xì)胞中的反應(yīng)。

雖然這項(xiàng)研究顯示了生物醫(yī)學(xué)植入物的前景，但作者指出，神經(jīng)細(xì)胞的其他特征還需要考慮。

這種芯片的作用就像單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞，但神經(jīng)細(xì)胞還需要通過(guò)樹(shù)突將信號(hào)從一個(gè)細(xì)胞傳到另一個(gè)細(xì)胞。研究小組認(rèn)為，他們的模型允許將“一個(gè)生物神經(jīng)元的完整動(dòng)力學(xué)”整合進(jìn)芯片之中，但仍需要新的設(shè)備來(lái)顯現(xiàn)樹(shù)突的活性特性。

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