Umělé neurony na čipu přinesou průlom do léčby chronických nemocí  
Nové křemíkové neurony na čipu se chovají jako živé. A spotřebují velice nepatrné množství elektřiny. Mohly by prorazit v léčbě chorob srdce i neurodegenerativních onemocnění, která pacientům odpojují jejich původní biologické neurony.
Čip s umělým neuronem. Kredit: University of Bath.
Čip s umělým neuronem. Kredit: University of Bath.

Po mnohaletém úsilí celé řady badatelských týmů jsou teď konečně na světě první umělé neurony na křemíkovém čipu. Chovají se úplně stejně jako biologické neurony, i když jsou vlastně úplně jiné. Tento objev by měl rozpoutat revoluci ve vývoji pokročilých medicínských zařízení pro léčbu celé řady chronických onemocnění, jako jsou nemoci srdce a cév či neurodegenerativní onemocnění typ Alzheimer či Parkinson.

 

Je to skoro k neuvěření. Umělé neurony jsou jako živé a ještě ke všemu spotřebují jen asi tak jednu miliardtinu energie průměrného mikroprocesoru. To je předurčuje k využití v medicínských implantátech a dalších bioelektronických zařízeních. Výzkum, který vedli badatelé z britské University of Bath, v těchto dnech publikoval časopis Nature Communications.

 

Alain Nogaret vpravo. Kredit: IDPS/ University of Bath.
Alain Nogaret vpravo. Kredit: IDPS/ University of Bath.

O takových umělých neuronech sní medicína už dlouho. Představují totiž slibnou možnost léčby mnoha různých onemocnění, která zahrnují špatnou funkci či odumírání neuronů. Umělé neurony by takové neurony mohly nahradit, správným způsobem reagovat na biologické okolí a obnovit tím jejich fungování v těle pacienta.

 

Vývoj umělých neuronů byl nesmírně komplikovaný tím, že neurony mají velmi složitou biologii a jejich chování je obtížné studovat, natož nějak rozumně modelovat či předpovídat. Vědci to ale postupně zvládli a svými modely si ochočili nelineární odpovědi neuronů na okolní podněty. Pak navrhli a postavili křemíkové čipy, které velmi přesně modelují chování biologických iontových kanálů, což jsou klíčové prvky v komunikaci neuronů.

 

University of Bath, logo.
University of Bath, logo.

Vedoucí projektu Alain Nogaret a jeho spolupracovníci si následně v experimentech ověřili, že jejich křemíkové neurony velmi zdatně napodobují reakce skutečných živých neuronů na celou škálu podnětů. V experimentech se jim podařilo napodobit dynamiku neuronů hipokampu a také respiračních neuronů u laboratorních potkanů, při rozmanitých podnětech z okolí. Pochopitelně, že čip není biochemickým udělátkem (jako pravé neurony), nicméně v reakci na elektrický podnět replikuje oscialci elektrického napětí, jako by ho dělaly neurony živé.

 

Jak říká Nogaret, až doposud byly neurony jako uzamčené „černé skříňky“, které jsme pozorovali jenom zvenčí. Díky umělým neuronům se teď už dostaneme „dovnitř“. S novou technologií je možné reprodukovat elektrické vlastnosti a chování neuronů prakticky v reálném čase. Nogaret rovněž zdůrazňuje, že jejich neurony potřebují k práci jenom 140 nanowattů. To je naprosto zanedbatelné ve srovnání s mikroprocesory, které se rovněž někdy využívají jako umělá náhražka neuronů. Uplatnění nových umělých neuronů v bioelektronice by tím pádem mohlo najít hodně široké uplatnění.

 

Video:  World first as artificial neurons developed to cure chronic diseases


Video: "Construction of predictive neuron models using large scale data assimilation" Alain Nogaret


Literatura
University of Bath 3. 12. 2019, Nature Communications 10: 5309.

Datum: 05.12.2019
Tisk článku

Symbolismus lidského těla - Souzenelle Annick de
 
 
cena původní: 380 Kč
cena: 319 Kč
Symbolismus lidského těla
Souzenelle Annick de
Související články:

Neurosynaptický čip inspirovanou mozkovou kůrou     Autor: Stanislav Mihulka (09.08.2014)
Umělé synapse otevírají cestu k čipům, které budou jako mozky     Autor: Stanislav Mihulka (01.02.2018)
Nanoelektrody na čipu snímají signály tisíců propojených neuronů zároveň     Autor: Stanislav Mihulka (07.10.2019)



Diskuze:

Lepsi onemocneni opravovat na urovni genu

Rodrixs Alien,2019-12-06 21:47:56

A nebylo by elegantnejsi snazit se obnovit puvodni neurony, nez stavet elektronicke obezlicky ?

Odpovědět

Chovají se úplně stejně jako biologické neurony

Jan Novák9,2019-12-06 11:52:48

Zajímalo by mě jak tedy reagují na změny hormonálních koncentrací a koncentrace vápníku.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace