Połączenie neuronów i komputerów w nowy sposób może pozwolić naukowcom przysłuchiwać się rozmowom między tymi komórkami, pogłębiając nasze rozumienie mózgu i torując drogę kontrolowanym myślowo kończynom protetycznym.
Naukowcy z University of Wisconsin skonstruowali nanoskalowe rurki z krzemu i germanu, wspólnych materiałów używanych do produkcji układów komputerowych. Następnie umieścili komórki neuronu myszy obok tych maleńkich rurkowatych słomek i obserwowali, jak aksony komórek - gałęzie przenoszące informacje z neuronu - rosną przez te rurki. Chociaż nie jest to pierwszy przypadek, w którym aksony zostały wyhodowane w laboratorium, po raz pierwszy zostały one wyhodowane w lampach półprzewodnikowych, które potencjalnie mogłyby łączyć się z elektroniką.
„Czy możemy stworzyć urządzenia, które po wszczepieniu mogą zachęcić neurony do ich integracji i odrodzenia?” - zapytał współautor badań Justin Williams, profesor inżynierii biomedycznej na University of Wisconsin, Madison. „Nie wiem, czy to dokładne podejście będzie miało bezpośrednie zastosowanie do [implantacji], ale przynajmniej uważam, że rzeczy, których możemy się nauczyć z tego rodzaju badań, będą miały wpływ na przyszły rozwój wszczepialnych urządzeń.”
Znaczenie tego postępu jest dwojakie.
Po pierwsze, te półprzewodnikowe lampy mają właściwości podobne do warstwy izolacyjnej otaczającej aksony, tworząc bardziej realistyczne środowisko do badania neuronów.
Po drugie, ponieważ symulowana osłona mielinowa jest wykonana z półprzewodników - podstawowego budulca komputerów - inne urządzenia elektroniczne, takie jak czujniki i sondy, można łatwo zintegrować z lampami, co pozwoli naukowcom oglądać i słuchać, gdy komórki komunikują się z jednym inne.
Nie jest jasne, w jaki sposób te odkrycia zostaną zastosowane w rozwoju przyszłych implantów mózgu, które obejmują interfejsy mózg-komputer.
„Na podstawowym poziomie naukowym może pomóc nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób neurony wchodzą w interakcje z technologią i jak możemy zaprojektować przyszłe wszczepialne urządzenia, które z tego skorzystają”, Williams powiedział InnovationNewsDaily.
Dzięki procesom zwykle stosowanym w przemyśle komputerowym naukowcy byli w stanie wykonać małe rurki półprzewodników. Rurki te zostały odzwierciedlone po ich biologicznym odpowiedniku w nadziei, że aksony poczują się jak w domu w tym środowisku i zachowają się tak, jak w ciele.
Rezultat: aksony weszły do rur i rozrosły się z nimi z rozmachem.
Naukowcy mają nadzieję, że to przyciąganie między rurkami a komórkami neuronu pozwoli im stworzyć niestandardowe sieci tych komórek.
„Zwykle, kiedy rzucasz neurony w kulturę, łączą się one ze sobą, wysyłają [aksony], łączą się z każdym innym neuronem w ten losowy sposób i nie tak powstaje mózg, to nie tak działa mózg - powiedział Williams. „Jeśli wykorzystamy lampy do wykonania predefiniowanych połączeń, możemy stworzyć małe obwody, które byłyby lepszymi modelami niektórych funkcji in vivo”.
Williams powiedział, że następnym krokiem będzie zintegrowanie czujników z lampami.
Williams i koledzy szczegółowo opisali swoje odkrycia w czasopiśmie ACS Nano z 2 marca.
👉 Uczenie się, wysiłek fizyczny i doświadczenia czuciowe wpływają na plastyczność mózgu, zarówno u dorosłych, jak i w okresie rozwojowym. Systematyczny wysiłek fizyczny oraz lepsza jakość snu, może sprzyjać lepszemu i szybszemu tworzeniu nowych połączeń synaptycznych.
👉 Funkcjonowanie mózgu opiera się na pracy każdej jego komórki. Mózg dorosłego człowieka składa się z ok. 100 miliardów komórek nerwowych, zwanych też neuronami, o rozgałęzieniach umożliwiających istnienie ponad 100 bilionów połączeń. Ta gęsta i rozbudowaną sieć nazywana jest "gąszczem neuronów".
👉 W efekcie obrażenia mózgu i kręgosłupa na ogół skutkują kalectwem tj. paraliż. W przeciwieństwie do dorosłych komórek nerwowych, młode komórki potrafią się regenerować. Jeżeli młody akson zostanie uszkodzony, jeden z młodych dendrytów przekształca się w akson, tym samym przywracając funkcjonowanie komórki nerwowej.
👉 Witamina D wspomaga prawidłowe działanie komórek układu nerwowego: neuronów i komórek gleju. Wykazuje także działanie neuroprotekcyjne, polegające na usuwaniu blaszek amyloidowych, które są charakterystyczne dla choroby Alzheimera. Odpowiedni poziom witaminy D zapobiega demencji i zaburzeniom poznawczym.
👉 Neuron, czyli komórka nerwowa, to podstawowy element układu nerwowego. Neurony oraz komórki glejowe budują tkankę nerwową. Funkcją neuronów jest przewodzenie i przetwarzanie informacji w postaci impulsów nerwowych, zarówno o stanie wewnętrznym organizmu jak i zewnętrznym stanie otoczenia.
👉 Neuron jest przystosowany do odbierania, przetwarzania i wysyłania impulsów elektrycznych. Neurony dzieli się na wstępujące (przewodzą dane z receptorów do UON) i zstępujące (przewodzące dane w odwrotnym kierunku).
W przełomie, który przyczynia się do bezpośredniego połączenia naszego mózgu z komputerami, naukowcy opracowali metodę łączenia nerwów biologicznych z przewodnikami krzemu.