Группа ученых из Поднебесной разработала модель искусственной клетки нервной системы, способной считывать химическую активность головного мозга. О своем исследовании они написали в журнале Nature Electronics.
Современные интерфейсы «мозг-компьютер», предназначенные для управления электронными устройствами с помощью мысли, используют в качестве средства связи электрические сигналы, и эти сигналы, как правило, односторонние. Их генерируют клетки головного мозга — нейроны, считывают установленные на голове (или введенные в мозг) датчики, а интерпретирует та самая компьютерная система, которая отдает команду устройству: подвинуть курсор на экране вправо или влево, повернуть инвалидную коляску, включить свет.
Однако основной массив информации, которую производят нейроны, так и остается нерасшифрованной — она скрыта в биологически активных химических веществах вроде дофамина, которые используются клетками нервной системы для отправки сообщений друг другу. Ученые из Нанкинского университета почты и телекоммуникаций утверждают, что придумали, как «вытащить» эти скрытые данные из дофамина. В своем исследовании они сделали шаг к созданию такого интерфейса «мозг-компьютер», который будет основан не только на электрических, но и на химических сигналах. И они будут идти в обоих направлениях.
«Мы разработали искусственный нейрон, чтобы дублировать способ общения настоящего нейрона», — говорит руководитель исследования Бэнхуэй Ху. Вместе с коллегами он разработал и сконструировал устройство на базе графенового датчика и углеродных нанотрубок. Датчик определяет, когда выделяется дофамин. При достаточном его количестве в другой части искусственного нейрона запускается выработка этого вещества с помощью гидрогеля.
Ученые проверили способность искусственного нейрона общаться, поместив его в чашку Петри с некоторыми клетками мозга крысы. Было обнаружено, что устройство ощущает и реагирует на дофамин, создаваемый и посылаемый этими клетками, а также производит некоторое количество собственного дофамина, который затем вызывает ответную реакцию в клетках мозга. Более того, ученые смогли активировать мышцы крысы через седалищный нерв и двигать рукой робота без использования электрических сигналов.
Эта разработка должна упростить проектирование систем, которые позволят человеческому мозгу взаимодействовать с электронными устройствами очень точно, с минимальным процентом ошибок.