由脑细胞构建的计算机电路

时间:2017-04-09 06:44:03166网络整理admin

作者:科林巴拉斯(图片来源:自然)尽管它的复杂性和力量,你的大脑是由不可靠的组件构成的 - 一个神经元只能在40%的时间内成功地在另一个神经元中发出信号这种效率的缺乏阻碍了神经工程师试图建立脑细胞网络以与电子设备接口或修复受损的神经系统我们的大脑将神经元组合成重度连接的组,将40%的可靠性统一到更可靠的整体中现在,在实验室中与神经元一起工作的人类工程师已经实现了同样的技巧:构建可靠的数字逻辑门,其功能与电子设备相似以色列雷霍沃特Weizmann科学研究所的Elisha Moses和他的学生Ofer Feinerman和Assaf Rotem已经开发出一种方法来控制神经元的生长模式,以构建使用神经元而不是电线的可靠电路起点是涂有细胞驱避材料的玻璃板将所需的电路图案划伤到该涂层中,然后用细胞友好的粘合剂涂覆由于无法在大部分平板上购买,因此细胞被迫在划痕区域生长划痕路径足够薄,迫使神经元沿一个方向沿着它们生长,在电路周围形成直线状连接使用这种方法,研究人员构建了一个像AND逻辑门一样的器件,只有在接收到两个输入时才产生输出门由一侧的大约900微米的正方形神经元网络制成其中三面形成一个150微米宽的“马蹄铁”,并充满了神经元在第四侧,孤立的神经元岛通过两个较薄的桥连接到另一侧(见图像,右上)神经元发送他们的线状延伸,携带信号 - 轴突 - 穿过那些狭窄的桥梁到达神经元岛当用小剂量的药物刺激时,神经元在电路周围发送信号在马蹄铁的中心使用离子阻挡剂以使一侧与另一侧电隔离通过改变桥梁的宽度,研究人员能够控制有多少轴突连接到神经元岛,并调整其设备以表现得像一个AND门岛上的神经元仅在通过两个细桥接收信号后才产生输出与自然系统一样,该设备超越了单个神经元的性能 - 通过40%可靠组件的集合实现95%的可靠性 Rotem认为这为真正的大脑功能提供了一个有用的模型 “激活阈值水平的存在在神经元计算中发挥着重要作用,”他说他说,在他的逻辑门和真正的大脑中,许多神经元有助于产生足够强大的信号来激发另一组神经元加利福尼亚州拉霍亚Salk研究所的查尔斯史蒂文斯不太确定,指出真正的大脑“电路”与逻辑门不相似但他补充说,实验室培养的神经元实现可靠的性能仍然令人印象深刻 “人们对文化中存在的神经网络有一种着迷,而且本文改进了通常的随机网络,”他说 Rotem说,脑细胞逻辑电路可以作为计算机和神经系统之间的中介 “将[神经修复术]与活神经元进行物理连接很困难,”他说大脑植入物可以让瘫痪者控制机器人手臂或学会再次说话,但是当疤痕组织覆盖他们的电极时,性能会下降 “人与机器之间接口的体外神经元的中间层可能是有利的,”他说期刊参考文献:自然物理学,DOI:10.1038 / nphys1099人脑 - 拥有1000亿个神经细胞,其复杂性令人难以置信在我们的尖端特别报告中了解更多信息更多关于这些主题: