发布时间: 2020-07-22 14:46

新的神经科学研究加速了大脑的仿生潜能

光遗传学使人工和生物神经网络能够进行通信。

    生物神经网络能被人工神经网络控制吗？最近，开拓性的大脑研究人员在科学报告中发布了一项研究，该研究利用光遗传学证明了人工神经元网络与生物网络之间的实时通信。

    在这项研究中，研究人员在多电极阵列（MEA）上培养了一个体外生物神经元网络，并在现场可编程门阵列（FPGA）板上运行人工尖峰神经网络（SNN）。FPGA板是具有可配置逻辑块和互连电路的流行半导体器件。这些低功耗的数字系统板非常适合生物杂交实验，并且可以实时运行。

    研究中使用了一个由100个神经元（80%兴奋性，20%抑制性）和7700个突触组成的尖峰神经元网络（SNN）。研究小组利用人工尖峰神经网络（SNN）创造神经活动来模拟生物神经元网络（BNN），然后实时编码成蓝光模式。

    利用光遗传学，研究小组在人工神经网络和生物神经网络之间建立了实时通讯。光遗传学是一种将遗传密码添加到目标细胞（如神经元）的过程，使其能够产生一种称为视蛋白的光反应蛋白，这种蛋白通常从绿藻莱茵衣藻中提取，称为通道视紫红质2（ChR2）。当暴露在蓝光下时，植入视蛋白的细胞可以打开。当灯被移除时，带有视蛋白的电池关闭。这种革命性的方法使研究人员能够激活和关闭植入视蛋白的细胞。

    用沟道视紫红质2变异株ChIEF转化生物神经网络。当蓝光刺激神经元时，用钙离子成像和多电极阵列记录。

    结果表明，与非线性的网络爆发相比，利用尖峰网络同步驱动生物同步对刺激强度的线性响应，可以实现从尖峰神经元网络到生物神经网络的高信息传输。

    研究人员写道：“这项研究为微型SNN在未来神经修复装置中的应用提供了进一步的证据，用于局部替换能够在更大的脑网络中进行通信的受损微电路。”。

    根据Grand View Research 2016年6月的数据，到2024年，全球神经假体市场预计将达到146亿美元。用人工神经元与生物细胞交流的希望之一是恢复失去的大脑功能的潜力。

    这项研究展示了一个创新的交叉学科领域的结合，光遗传学，电气工程，生物医学工程，神经科学和生物物理学。这项新发现进一步提高了神经假体的潜力，以改善那些受到伤害或疾病影响的人的生活，通过科学为更美好的未来提供了一线希望。

Cami Rosso writes about science, technology, innovation, and leadership.

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