Нервова мікросхема: Логіка нейронів

Найпростіший логічний елемент, що використовує замість дротів тяжкі клітини нейронів, - важливий крок на шляху до створення «живого комп'ютера». Або штучного мозку.

При всій своїй складності і потужності, наш мозок мало підходить для «промислового» застосування. Складається він з вкрай недовговічного матеріалу, а надійність зв'язків між нейронами невелика: успішна передача сигналу відбувається лише в 40% випадків.

Не займайтеся самолікуванням! У наших статтях ми збираємо останні наукові дані і думки авторитетних експертів у сфері здоров'я. Але пам'ятайте: поставити діагноз і призначити лікування може тільки лікар.

Не дуже висока ефективність є складною проблемою для нейроінженерів, які намагаються створити системи з інтерфейсом між нейронами та електронними мікросхемами, які дуже б стали в нагоді, скажімо, для хворих з пошкодженнями нервової системи (про такий проект ми розповідали в замітці «Нейроінтерфейс»).

У природних умовах мозок вирішує цю проблему, утворюючи взаємопов'язані групи нейронів, що передають сигнал зі значно вищою надійністю. Цей підхід використовували і ізраїльські вчені на чолі з Елішею Мозесом (Elisha Moses), які зуміли в лабораторних умовах скомбінувати нейрони в групи, і на їх основі створити ефективний логічний елемент, що працює так само, як у сучасній мікросхемі. Головна їхня відмінність полягає в тому, що цей «мікрочіп» - живий, замість металевих проводів у ньому використовуються групи клітин нейронів.

Почали розробники з того, що покрили скляну підкладку речовиною, на якій культура нейронів не приживається. У ньому вони «видряпали» потрібну структуру мікросхеми і покрили іншою речовиною, «доброзичливою» до нервових клітин. Нездатні рости на підкладці ніде, крім цієї нацарапанной мікросхеми, нейрони утворили потрібну структуру. Після належного культивування клітин, вчені отримали нескладний пристрій, що діє, як логічний елемент, що виконує операцію «І». Ця операція ще називається логічним множенням: пристрій видає сигнал, тільки якщо отримує обидва необхідних вхідних сигнали.

«Нервова мікросхема» має форму квадрата зі стороною 900 мкм і включає мережу нейронів, що утворюють систему у формі букви «П» товщиною «паличок» близько 150 мкм. Відкриту сторону букви «П» займає окремий «острівець» нервових клітин, пов'язаний з «ніжками» букви тонкими містками (погляньте на ілюстрацію ліворуч).

Будучи стимульованими слідовими кількостями певної речовини, нейрони починають посилати сигнал по ланцюгу, який починається на «поперечині» букви «П» і триває на її ніжках. (Дві сторони перекладини розділені один від одного ізолюючим шаром.) Зрештою сигнал досягає «острівця» нервових клітин, який збуджується і створює вихідний сигнал тільки в тому випадку, якщо отримав вхідний сигнал з обох сторін. Як і в нашому мозку, ефективність цієї логічної операції завдяки узгодженій роботі безлічі нейронів, помітно перевищує ефективність кожної окремої клітини і досягає 95% надійності.

Втім, деякі нейрофізіологи зауважують, що реальний мозок, судячи з усього, не використовує у своїй роботі звичні схемотехнікам логічні елементи. Так що підхід ізраїльських вчених не веде безпосередньо до створення «штучного мозку», зате може послужити важливим кроком до створення інтерфейсів, що з'єднують електронні системи з живими нервовими клітинами.

Варто сказати, що рішення, що представляють собою «щось середнє» між нервовою та електронною системами, знадобляться аж ніяк не одним тільки хворим людям. Наприклад, на їх основі можна буде створити схеми управління комп'ютером безпосередньо «силою думки». Читайте: «Мислю - отже, керую».

Публікація New Scientist Tech