Поиск по сайту
Изданы две книги сайта Форнит
Научно-популярная: «Познай себя» и специализированная: «Основы адаптологии» - обе доступны.

Короткий адрес страницы: fornit.ru/846

Этот материал взят из источника: www.scientific.ru

Выделения в тексте - мои.
Мои коммнтарии включены синим цветом.
Список основных тематических статей >>
Этот документ использован в разделе: "Cборник статей по исследованиям психических явлений"Распечатать
Добавить в личную закладку.

Нейроны под контролем электроники

 

НЕЙРОНЫ ПОД КОНТРОЛЕМ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

www.scientific.ru

'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Немецкие и канадские ученые провели исследования одного из базовых элементов для будущих гибридных нейроэлектронных устройств.

Основной структурной единицей нервной системы животных (от муравья до человека) является нервная клетка, нейрон. Регулирование жизнедеятельности животных связано с постоянной циркуляцией последовательностей электрических импульсов в нейронных сетях. Хотя существуют различные виды нейронов, можно нарисовать обобщенный портрет нервной клетки человека: нейрон состоит из "тела" и отходящих от него ростков - коротких дендритов (ветвящихся отростков, воспринимающих сигналы от других нейронов, рецепторных клеток или внешних раздражителей ) и длинного аксона, основная функция которого - проводить электрические импульсы от тела нейрона к другим нейронам или клеткам. Место контакта аксона одного нейрона с дендритами или телом другого называется синапсом; непосредственно в области синапса передача возбуждения от одного нейрона к другому происходит химическим путем.

Хотя ученым известны общие закономерности обмена информацией между нейронами и между нейронами и другими клетками (такие, как механизмы формирования и распространения электрохимических сигналов), исследование функционирования сложных нейронных сетей - дело очень непростое. Достаточно сказать, что число других нейронов, в контакте с которыми находится каждый нейрон, может достигать десятков тысяч (в мозгу человека, например). Было бы желательно иметь в своем распоряжении возможность контролировать деятельность достаточно больших "сообществ" нейронов, причем по возможности неповреждающим путем (без введения микроскопических электродов в тело нейронов для контроля за их электрической активностью). В принципе такую возможность может дать формирование колоний нейронов на поверхности полупроводниковых микросхем, которые использовались бы для стимуляции нервных клеток и контроля за их электрической активностью. В будущем гибридные нейроэлектронные системы, возможно, могли бы найти применение в медицине, и не только.

Эксперименты с нейронно-полупроводниковыми структурами уже ведутся; исследуются различные простейшие гибридные структуры нейрон/микросхема - возможность стимуляции нейронов и регистрации их отклика с помощью "внешней" полупроводниковой электроники, возможность формирования искусственных контактов (являющихся частью микросхемы) между нейронами и т.д. Внесла свой вклад в исследования структур типа "нейроны на чипе" и немецко-канадская группа [1]. Для экспериментов ученые из Мюнхена и Калгари выбрали нейроны, управляющие дыхательной деятельностью улитки прудовой (Lymnae stagnalis). Два нейрона (VD4 и LPeD1) были размещены на полупроводниковой микросхеме, содержащей массив конденсаторов и транзисторов так, чтобы первый нейрон (VD4) располагался над конденсатором, а второй (LPeD1) - над транзистором; конденсаторы и транзиторы были сформированы на кремниевой подложке, и были отделены от слоя электролита, в который погружены нейроны, слоем SiO2 толщиной 10 нм. Основной целью исследований была проверка возможности работы с находящимися в контакте с микросхемой и связанных между собой химическим синапсом нейронами, именно, стимулирования нейронов и регистрации отклика с помощью полупроводниковой электроники (без применения вживляемых в тело нейрона микроэлектродов).

'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С помощью конденсатора стимулировался пресинаптический нейрон VD4, связанный с постсинаптическим нейроном LPeD1, возбуждение которого регистрировалось с помощью транзистора. Для сравнения исследователи работали и с микроэлектродами, вводимыми в один или оба нейрона. Ими было показано, что в таких условиях формируется полноценный химический синапс, а стимуляция нейрона VD4 с помощью конденсатора ничем не хуже стимуляции с помощью электрода, а с помощью полевого транзистора под нейроном LPeD1 удается регистировать электрическую активность обоих нейронов. В качестве примера исследователи наблюдали с помощью транзистора эффект кратковременной памяти в системе из двух нейронов. Через несколько секунд после генерации последовательности из пяти стимулирующих импульсов с помощью конденсатора  ученые давали еще один стимулирующий импульс - и с помощью транзистора, так же как и в случае использования микроэлектродов, регистрировали отклик в нейроне LPeD1, "потенциал действия" (электрический сигнал, возникающий и распространяющийся по нервным сетям из-за изменения проницаемости мембран нейронов). Единичный стимулирующий импульс может вызвать в таком случае отклик в постсинаптическом нейроне (в случае, когда подается импульс без предварительной стимуляции, такого отклика нет, так как произошедшие под действием "предварительных" импульсов химические изменения в области синапса еще не успели сойти на нет, поэтому одного импульса хватает, чтобы вызвать достаточное для генерации электрического сигнала изменение проницаемости мембраны постсинаптического нейрона.

Исследователи надеются, что формирование двумерного массива транзисторов и конденсаторов и улучшение их характеристик, позволит работать с достаточно большими массивами нейронов.

1. R.Alexander Kaul, Naweed I.Syed, and Peter Fromherz. Phys.Rev.Lett., v.92, 038102 (2004).

Е.Онищенко

 

Последнее редактирование: 2014-12-18

Оценить статью можно после того, как в обсуждении будет хотя бы одно сообщение.
Об авторе:
Этот материал взят из источника: www.scientific.ru



Тест: А не зомбируют ли меня?     Тест: Определение веса ненаучности

В предметном указателе: Алгоритмы распознавания | Интеллектуальные механизмы | Нейронные сети | Организация памяти мозга | Психика сознание | Психика человека | Психические процессы | Психические центры | Структура психики | Формирование мышления
Последняя из новостей: В статье рассмотрена особенность субъективных моделей, негативная для адекватности понимания - зависимые состояния: Модели понимания и зависимость.
Все новости

Библейские события — миф, утверждают израильские ученые
Израильские археологи после проведения многолетних раскопок на территории Иерусалима пришли к выводу, что большинство событий, описанных в Священном Писании — не более чем выдумка.
Все статьи журнала
 посетителейзаходов
сегодня:22
вчера:11
Всего:26293314

Авторские права сайта Fornit
Яндекс.Метрика