Известны результаты по подсоединению мозга напрямую к
компьютерам посредством металлических электродов в надежде получить
информацию о том, что происходит внутри мозга и использовать полученные
данные измерений в лечении слепоты и эпилепсии. В будущем интерфейс
между мозгом и искусственной системой может быть построен на нервных
клетках, специально выращенных для этой цели.
Группа израильских ученых из Вейцмановского института научных исследований (http://www.weizmann.ac.il/)
во главе с профессором Элишей Мозесом (Elisha Moses) сделала первый шаг
в этом направлении, искусственно создав цепи и логические вентили из
живых нервов, выращенных в лаборатории. Результаты опубликованы в
журнале Nature Physics (Ofer Feinerman, Assaf Rotem, Elisha Moses.
Reliable neuronal logic devices from patterned hippocampal cultures, –
Nature Physics 4, 967 – 973, 2008, doi: 10.1038/nphys1099, Article).
Нейроны (нервные клетки мозга), выращенные в биологической
культуре, не формируют «думающую» нервную сеть. Израильские ученые
поставили задачу создания такой физической структуры нервной сети,
которая была бы приближена к естественной, которая существует в мозге.
Для упрощения задачи на первом этапе, они вырастили одномерную модель
сети в специально изготовленной канавке в стеклянной подложке.
Исследователи установили, что эти нервы могут быть возбуждены магнитным
полем (все предыдущие результаты в этом направлении показывали, что
нервы могут быть возбуждены только электрическим сигналом).
Экспериментируя далее с линейным контуром, группа
обнаружила, что вариации толщины нервного волокна влияют на прохождение
сигнала. Нервные клетки в мозге соединены с огромным
количеством других клеток посредством аксонов (длинных и тонких
отростков) и они должны получить определенное минимальное количество
входящих сигналов для того, чтобы распознать источник и выработать
ответный сигнал. Исследователи определили пороговую толщину нерва,
которая обеспечивает рост примерно 100 аксонов. Ниже этого числа
аксонов, ответный сигнал был проблематичен, а наличие буквально
нескольких отростков больше 100 значительно увеличивало вероятность
прохождения ответного сигнала.
Далее, ученые взяли две ленты по 100 аксонов каждая и
создали логический вентиль по подобию такового, используемого в
электронных компьютерах. Оба эти «провода» были соединены с небольшим
количеством нервных клеток. Когда клетки получали сигнал через один из
«нервных проводов», ответный сигнал был неопределенен. В то же время,
на сигнал, посланный через оба «провода», поступал мгновенный и ясно
выраженный ответный сигнал. Такой логический вентиль известен как И-вентиль.
В последующем эксперименте группа построила структуры с
нейронными лентами, собранными в такой последовательности, чтобы аксоны
могли посылать и пропускать сигналы только в одном направлении.
Несколько таких контуров были затем объединены с тем, чтобы
сформировать замкнутый контур на манер петли. При этом, наблюдалась
регулярная передача сигнала по замкнутому контуру, по типу
биологических часов или электрокардиостимулятора.
Полученные результаты трудно переоценить как по важности, так и по возможностям, которые они открывают.
Евгений Биргер |
