Naukowcy od lat badają funkcjonowanie neuronów, starając się zrozumieć dynamikę wewnątrzkomórkową leżącą u podstaw oscylacji napięcia w ich błonie komórkowej. Naśladowanie czynności elektrycznej neuronów, lub jej precyzyjne zmiany, mogłoby bowiem stanowić podłoże nowych metod terapeutycznych w przypadku przewlekłych chorób neurologicznych. Powstałe do tej pory modele neuronów, synaps i sieci nie były w stanie szczegółowo powtórzyć zachowania prawdziwych komórek nerwowych. Obecnie kładzie się coraz większy nacisk na opracowanie bioelektrycznych modułów, które mogłyby być wszczepiane do mózgu pacjenta i regulować jego czynność.

Naukowcy z ośrodków badawczych w Wielkiej Brytanii, Szwajcarii i Nowej Zelandii starali się stworzyć właśnie takie urządzenie. Wymagało to modelowania i wprowadzania skomplikowanych równań, aby wyjaśnić, w jaki sposób neurony reagują na bodźce elektryczne pochodzące z innych komórek nerwowych. Następnie zaprojektowali chipy, które w dokładny sposób modelują biologiczne kanały jonowe. W końcu możliwe stało się odwzorowanie aktywności prawdziwych neuronów przez ich krzemowe odpowiedniki. Badaczom udało się odtworzyć pełną dynamikę komórek nerwowych pochodzących ze szczurzego hipokampa, a także neuronów oddechowych. Opracowane przez nich modele znakomicie naśladowały reakcje neuronów na szereg stymulacji.

“Do tej pory neurony były niczym tajemnicze pudełka – mówi prof. Alan Nogaret, współautor badania. – Ale udało na się otworzyć to pudełko i zajrzeć do środka. Nasza praca zmieniła paradygmat, poniewaz zapewniła solidną metodę reprodukcji właściwości elektrycznych prawdziwych neuronów, z najdrobniejszymi szczegółami.”

Takie sztuczne neurony mogłyby posłużyć np. do tworzenia inteligentnych rozruszników serca. Urządzenia te nie tylko dbałyby o zachowanie prawidłowego rytmu pracy serca, ale też byłyby w stanie reagować w czasie rzeczywistym na konieczność jego zmiany, dostosowując go do aktualnych wymagań organizmu, jak dzieje się to w naturalnych warunkach. Innym zastosowaniem sztucznych neuronów mogłoby być leczenie stanów wynikających z zaburzeń pracy mózgu, np. choroby Alzheimera lub innych zwyrodnieniowych chorób neurologicznych.

Bibliografia:
Abu-Kassan K., Taylor J.D., Morris P.G., Donati E., Bortolotto Z.A., Indiveri G., Paton J.F.R., Nogaret A. Optimal solid state neurons. Nature Communications 2019

Dodaj komentarz