Исследователям удалось подключить микросхемы биодатчиков к живым нервным клеткам

Сотрудники компании Infineon Technologies и Института Макса Планка провели успешный эксперимент по присоединению микросхемы биодатчиков к живым нервным клеткам. Материалом послужили клетки мозга улитки; исследователям удалось посчитать электрические сигналы, вырабатываемые ими.

О ходе создания подобного «нейропроцессора» представители компании Infineon рассказали на международной конференции по микроэлектронике International Solid State Circuits Conference. Был представлен первый отчет о результатах измерений электрических сигналов живых нервных клеток.

Infineon разработала эту технологию в качестве «научного инструмента» для исследователей, стремящихся раскрыть тайны функционирования нейронов, ткани нервных окончаний и биологических нервных сетей. В настоящее время коммерческое применение данной технологии не предусмотрено.

Размеры микросхемы биодатчиков составляют 5х6 мм, включая всю электронику для усиления, обработки сигналов нейронов и передачи данных. Микросхема реализована на базе стандартной КМОП-технологии

Размеры микросхемы биодатчиков составляют 5х6 мм, включая всю электронику для усиления, обработки сигналов нейронов и передачи данных. Микросхема реализована на базе стандартной КМОП-технологии.

Микросхема может быть использована, к примеру, в разработке лекарственных препаратов, так как позволит ученым исследовать влияние новых компонентов на живые нервные клетки.

Они составляют нервную систему всех живых существ, образуя сложнейшую структуру, и взаимодействуют друг с другом при помощи электрических импульсов. Возможность считывать эти импульсы и фиксировать их в компьютерной системе сулит новые открытия в изучении нервной деятельности.

В микросхеме, предложенной Infineon, на площади в 1 кв. мм расположено 128х128 датчиков. Каждый датчик связан с электронной системой, усиливающей и обрабатывающей крайне слабые сигналы нейронов. Микросхема регистрирует изменения сигналов в диапазоне от 100 мкВ до 5 мкВ.

Пользуясь технологией Infineon, ученые могут помещать нейроны в питательную среду, в которой они остаются живы, и восстанавливать активность нервных окончаний.

Общепринятый метод проведения исследований предполагает, что нервные клетки, используемые в ходе экспериментов, разрушаются, при новом же подходе наблюдать активность клеток можно будет в течение длительного времени.

В будущем, возможно, ученым удастся изучить, каким образом нервные клетки получают знания, обрабатывают и хранят их.

Плотность датчиков в 300 раз превышает аналогичные характеристики современных средств для изучения нейронов, в которых используются стеклянные подложки с напыленными металлическими проводниками, контактирующими с нейронами. Каждый датчик в процессоре отстоит от другого на 8 мкм. Типичный размер нейрона колеблется в диапазоне 10-50 мкм, следовательно, датчики с низкой плотностью не обеспечивают надежный контакт. Новый процессор дает гарантию того, что образец нейрона контактирует хотя бы с одним датчиком.

Вместо последовательной проверки каждого нейрона, микросхема биодатчиков обследует несколько нейронов одновременно. Значит, собирается больше статистических данных для последующей обработки.

Кроме того, микросхема обеспечивает запись сигналов нейронов в течение некоторого времени. Каждую секунду микросхема может фиксировать до 2 тыс. отдельных сигналов на каждом из своих 16 381 датчиков.

Эти данные затем будут преобразованы, например, в цветное изображение, удобное для анализа. Впоследствии исследователи смогут установить динамику реакции нервных окончаний на определенные раздражители или на воздействие химических веществ.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями