Искусственные нейроны впервые «разговорились» с живыми клетками мозга

Ученые сообщили о прорыве: напечатанные искусственные нейроны смогли напрямую обмениваться сигналами с живыми клетками мозга, что может ускорить разработку нейроинтерфейсов и новых энергоэффективных вычислительных систем.

Инженеры Северо-Западного университета разработали гибкие искусственные нейроны, способные не только воспроизводить электрическую активность нервных клеток, но и напрямую взаимодействовать с ними, пишет xrust. В ходе экспериментов устройства успешно запускали реакции в тканях мозга, демонстрируя новый уровень интеграции электроники и биологии.

По данным исследователей, искусственные элементы генерируют сигналы, максимально приближенные к тем, что возникают в живых нейронах. Это позволило им активировать нейронные цепи в срезах мозга мышей, подтвердив функциональную совместимость технологий с биологическими системами.

Разработка приближает создание интерфейсов «мозг-компьютер» и нейропротезов, которые потенциально смогут восстанавливать утраченные функции — от слуха до моторики. Кроме того, ученые считают, что подобные решения могут лечь в основу нового поколения вычислительных систем с низким энергопотреблением.

Исследователи отмечают, что современные кремниевые чипы строятся из миллиардов однотипных транзисторов и остаются неизменными после производства. В отличие от них мозг представляет собой динамичную трехмерную сеть разнообразных нейронов, способных адаптироваться и обучаться.

Чтобы приблизиться к такой архитектуре, команда использовала мягкие печатные материалы. В основе технологии — электронные «чернила» из наночастиц дисульфида молибдена и графена, нанесенные на гибкие полимерные подложки методом аэрозольной печати.

Интересно, что ранее полимерный компонент считался нежелательным из-за ухудшения проводимости. В новом подходе ученые, напротив, задействовали его для формирования узких проводящих каналов, способных генерировать импульсы, аналогичные нейронным.

Созданные устройства демонстрируют широкий диапазон активности — от одиночных импульсов до сложных серий сигналов. Это позволяет выполнять более сложные задачи с меньшим числом элементов и снижает энергозатраты.

Для проверки работоспособности инженеры сотрудничали с нейробиологами, используя срезы мозжечка мышей. Результаты показали, что искусственные импульсы совпадают с ключевыми характеристиками биологических сигналов и эффективно запускают нейронные реакции.

Помимо функциональных преимуществ, технология отличается экономичностью. Аддитивный процесс печати снижает расход материалов и упрощает производство.

Разработчики подчеркивают, что повышение энергоэффективности становится критически важным на фоне роста нагрузок в сфере искусственного интеллекта. Уже сегодня центры обработки данных требуют значительных объемов электроэнергии и ресурсов для охлаждения, и новые решения могут частично снизить эту нагрузку.

По материалам https://www.sciencedaily