摘要
科学家发现人造神经元有助于治疗慢性疾病，如心力衰竭、阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病。重要的是，人工神经元不仅表现得像生物学……
科学家发现人造神经元有助于治疗慢性疾病，如心力衰竭、阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病。
重要的是，人工神经元不仅表现得像生物神经元，而且只需要微处理器十亿分之一的功率，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。
由巴斯大学领导的研究小组，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，在《自然通讯》杂志上发表的一项研究中描述了人工神经元。
设计人工神经元响应电信号等神经系统的神经元真实几十年来一直从事医学主要目标,因为它可能固化条件,神经元的不正常工作,有他们的流程切断脊髓损伤,或已经死亡。
例如，在心力衰竭中，大脑底部的神经元对神经系统的反馈没有做出适当的反应，反过来，它们也没有向心脏发送正确的信号，因此心脏的跳动也没有达到应有的强度。
然而，由于复杂的生物学和难以预测的神经元反应，人工神经元的发展一直是一个巨大的挑战。
研究人员成功地建立了模型并推导出方程来解释神经元如何对来自其他神经的电刺激做出反应。这是非常复杂的，因为响应是“非线性的”——换句话说，如果一个信号变得两倍强，它不一定会引起两倍大的反应——它可能是三倍大或其他什么。
然后，他们设计了能够精确模拟生物离子通道的硅芯片，然后证明他们的硅神经元精确地模拟了真实的、对一系列刺激做出反应的活神经元。
研究人员精确地复制了大鼠海马神经元和呼吸神经元在大范围刺激下的完整动态。
来自巴斯大学物理系的Alain Nogaret教授领导了这个项目。他说:“到目前为止，神经元就像黑匣子，但我们已经成功地打开了黑匣子，看到了里面的东西。”我们的工作是范式的改变，因为它提供了一种稳健的方法来重现真实神经元的电学特性的细节。
“但它的范围更广，因为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，其他合成神经元的尝试都使用了微处理器。这使得神经元非常适合用于治疗慢性疾病的生物电子植入物。
“例如，我们正在开发智能心脏起搏器，它不仅能刺激心脏以稳定的速度跳动，还能利用这些神经元对心脏的需求做出实时反应——这是健康心脏的自然反应。”其他可能的应用可能是治疗阿尔茨海默病和更广泛的神经退行性疾病。
“我们的方法结合了几个突破。我们可以非常准确地估计控制任何神经元行为的精确参数。我们已经建立了硬件的物理模型，并证明它有能力成功地模拟真实的活神经元的行为。我们的第三个突破是我们的模型的通用性，它允许包含一系列复杂的哺乳动物神经元的不同类型和功能。来自苏黎世大学和ETF的Giacomo Indiveri教授是这项研究的合著者，他补充说:“这项工作为神经形态芯片的设计开辟了新领域，因为它采用独特的方法来识别关键的模拟电路参数。”
另一个合作者,教授朱利安·佩顿,奥克兰大学的生理学家和布里斯托尔大学的说:“复制呼吸神经元的反应生物电子学可以小型化和植入是非常令人兴奋和开辟了巨大的机会智能医疗设备驱动转向个性化医学方法对一系列疾病和残疾的“。”
来源：Medindia
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