Ein Team von Wissenschaftlern der Universität Bath hat ein elektronisches Gerät entwickelt,
das den Entwicklern zufolge
das Verhalten von Neuronen nachahmt . Bisher spielt ein künstliches Neuron nur die Rolle einer der Arten menschlicher Nervenzellen, die im Gehirn arbeiten - derjenigen, die für Atmung und Herzschlag verantwortlich sind.
Die Entwickler sagten jedoch, dass ihre Technologie es ermöglicht, andere Neuronen zu erzeugen, sowohl solche, die im Gehirn arbeiten, als auch solche, die sich in den Nervenenden des gesamten Körpers befinden. Die Hauptaufgabe, die elektronische Neuronen erfüllen, besteht darin, die elektrische Aktivität realer Zellen zu reproduzieren.
Und nicht nur Aktivität, sondern die Arbeit, die ein echtes Neuron leisten würde, wenn es mit anderen Zellen verbunden wäre. Dies ist so etwas wie ein analoger Simulator, der keine Berechnungen durchführt und nicht mit einer „Ziffer“ arbeitet.
Es ist erwähnenswert, dass die dem Projekt zugrunde liegende Idee nicht neu ist. Es wurde von den Wissenschaftlern Alan Lloyd Hodgkin und Andrew Huxley in der Mitte des 20. Jahrhunderts geäußert. Sie schlugen vor, dass ein Neuron künstlich reproduziert werden könnte. Dazu benötigen Sie eine Membran, die wie ein Stromkreis funktioniert. Sie besteht wiederum aus vier verschiedenen Elementen, darunter einem Kondensator und drei unabhängigen Ionenkanälen mit variabler Leitfähigkeit.
Die Wissenschaftler entwickelten auch ein mathematisches Modell, das den Betrieb von Ionenkanälen mit variabler Leitfähigkeit beschreibt. Wie sich herausstellte, funktioniert dieses Modell wirklich, jedoch nur theoretisch und in Experimenten, die sich auf Elektrizität beziehen.
Und es muss ein künstliches Neuron geschaffen werden, denn nur so kann beispielsweise ein geschädigtes Nervensystem wiederhergestellt werden. Hinzugefügte Elemente, die künstliche oder beschädigte ersetzen, sollten jedoch wie echte Neuronen funktionieren.
Dieses Problem wird durch ein künstliches Neuron gelöst, das unter Anleitung des Wissenschaftlers Alain Nogare entwickelt wurde. Laut Wissenschaftlern ermöglicht es in einem künstlichen Neuron ein spezifischer Stromkreis, die Reaktion eines realen Neurons auf äußere Faktoren zu reproduzieren.
Der Entwicklungsnachteil ist nun die große Größe des Geräts. Dies ist ein Siliziumchip. Aber dann ist das System sowohl mit dem Hodgkin-Huxley-Modell als auch mit neueren Modellen voll konsistent. Die Genauigkeit des Chips beträgt ca. 96%.
Die Wissenschaftler beschlossen, die Funktion eines Neurons zu testen, für das sie ein reales System modellierten - die Pyramidenzellen des Hippocampus und die Neuronen des Atmungszentrums der Ratte. Dieses System wurde aufgrund seiner hervorragenden Kenntnisse ausgewählt: Wissenschaftler wissen, wie und wo sich Nervenzellen befinden, und sie kennen das Verhältnis von Neuronen. Als Ergebnis stellte sich heraus, dass künstliche Analoga aus künstlichen Neuronen hergestellt werden können, vorausgesetzt, dass sechs Arten von Modellionenkanälen mit einem bestimmten Arbeitsalgorithmus eingeführt werden.
Anschließend wurden verschiedene Sequenzen elektrischer Signale an den erstellten Systemen getestet. Es stellte sich heraus, dass die Genauigkeit der Impulswiedergabe den tatsächlichen Bedingungen sehr nahe kam -
von 94% bis 97% .
Nachdem Informationen über die Studie im Netzwerk erschienen waren, sprachen sie über das Projekt, das zum wichtigsten für die Behandlung von Krankheiten werden könnte, die mit Schädigungen des Nervensystems verbunden sind. Dies ist jedoch nicht ganz richtig, die praktische Verwendung der Projektergebnisse ist noch sehr weit entfernt.
Das Hauptproblem ist, dass das "Neuron" sehr groß ist, es ist ein Chip. Es ist keine leichte Aufgabe, es in den Körper zu implantieren. Dies wird dadurch erschwert, dass immer noch Verbindungen zwischen künstlichen Zellen hergestellt werden müssen. Diese Bindungen bilden Kanäle, die elektrischen Strom leiten.
Dennoch ist die Entwicklung einfacher bionischer Prothesen sowie von Schnittstellen zum Anschluss des menschlichen Nervensystems an einen Computer vielversprechend. Hier besteht die Möglichkeit, jetzt Chips zu verwenden, sodass die Autoren des Projekts diese Möglichkeit wahrscheinlich in naher Zukunft untersuchen werden.
