人工神经元被开发用来治疗慢性疾病

科学家们已经在硅芯片上发明了与真实神经元行为相似的人工神经元——这是一项史无前例的成就，它将在医疗设备治疗慢性疾病方面发挥巨大作用，如心力衰竭、阿尔茨海默氏症和其他神经退化疾病。

关键的是，人工神经元不仅表现得像生物神经元，而且只需要微处理器十亿分之一的能力，这使得它们非常适合用于医疗植入和其他生物电子设备。

设计人工神经元响应电信号等神经系统的神经元真实几十年来一直从事医学主要目标,因为它可能固化条件,神经元的不正常工作,有他们的流程切断脊髓损伤,或已经死亡。人工神经元可以通过复制它们的健康功能和对生物反馈做出充分反应来修复患病的生物回路，从而恢复身体功能。

以心力衰竭为例，大脑底部的神经元不能对神经系统的反馈做出正确的反应，因此它们不能向心脏发送正确的信号，心脏就不能像它应该的那样用力跳动。然而，开发人工神经元一直是一个巨大的挑战，因为复杂的生物学和难以预测的神经反应的挑战。

研究人员成功地建模并推导出方程式来解释神经元如何对来自其他神经的电刺激作出反应。这是难以置信的复杂，因为反应是“非线性的”——换句话说，如果一个信号变得两倍强，它不一定会引起两倍大的反应——它可能是三倍大或其他什么。

然后，他们设计出能够精确模拟生物离子通道的硅芯片，然后证明他们的硅神经元能够精确模拟真实的、活的神经元对一系列刺激的反应。

研究人员精确地复制了大鼠海马神经元和呼吸神经元在广泛刺激下的完整动态。来自巴斯大学物理系的阿兰·诺加雷特教授领导了这个项目。“到目前为止，神经元就像黑匣子一样，但我们已经设法打开了黑匣子，并窥视其中。我们的工作是改变范式，因为它提供了一种鲁棒的方法来重现真实神经元的电特性的微小细节。“但它比这更宽，因为我们的神经元只需要140纳瓦的功率。这是微处理器所需能量的十亿分之一，其他制造合成神经元的尝试都使用过微处理器。这使得神经元非常适合用于生物电子植入治疗慢性疾病，”诺加雷特说。“例如，我们正在开发智能起搏器，它不仅能刺激心脏以稳定的速度跳动，还能利用这些神经元实时响应对心脏的要求——这是健康心脏的自然反应。”其他可能的应用可以更广泛地用于治疗阿尔茨海默氏症和神经退行性疾病。我们的方法结合了几个突破。 We can very accurately estimate the precise parameters that control any neuron’s behaviour with high certainty. We have created physical models of the hardware and demonstrated its ability to successfully mimic the behaviour of real living neurons. Our third breakthrough is the versatility of our model which allows for the inclusion of different types and functions of a range of complex mammalian neurons.”

来自苏黎世大学和苏黎世交易所交易基金的Giacomo Indiveri教授是这项研究的合著者，他补充说:“由于其识别关键模拟电路参数的独特方法，这项工作为神经形态芯片设计打开了新的视野。”

另一位合著者，奥克兰大学和布里斯托尔大学的生理学家朱利安·佩顿教授说:“在生物电子学中复制呼吸神经元的反应，可以微型化并被植入，这是非常令人兴奋的，它为更智能的医疗设备打开了巨大的机遇，这些设备将推动针对一系列疾病和残疾的个性化医疗方法。”