假肢：人造脑的脑与真神经元沟通

创造神经调节剂技术是由伊克巴斯克研究员Paolo Bonifazi从Biocres Health Corporitute（Bilbao，Spain）以及东京大学工业科学研究所和波尔多大学IMS Lab的TimothéeLevi领导的国际团队的目标。虽然几种类型的人工神经元都已经被开发出来了，但没有一个是真正实用的神经假肢。最大的问题之一是，大脑中的神经元交流非常精确，但典型的电子神经网络的输出无法针对特定的神经元。为了克服这个问题，研究小组将电信号转化为光。正如列维解释的那样，“光遗传技术的进步使我们能够精确地瞄准生物神经元网络中很小一块区域的神经元。”

光遗传学是一项利用在藻类和其他动物身上发现的几种光敏蛋白质的技术。将这些蛋白质插入神经元是一种黑客行为;一旦它们在那里，照射到神经元上的光线将使其活跃或不活跃，这取决于蛋白质的类型。在这种情况下，研究人员使用了蓝光特异性激活的蛋白质。在他们的实验中，他们首先将神经元网络的电输出转换成蓝色和黑色方格图案。然后，他们把这个图案照射到培养皿中生长的0.8 * 0.8毫米见方的生物神经元网络上。在这个正方形中，只有受到来自蓝色正方形的光照射的神经元被直接激活。

培养的神经元自发活动产生同步活动，并遵循一定的节奏。这种节奏是由神经元连接在一起的方式、神经元的类型以及它们适应和改变的能力决定的。“我们成功的关键，”李维说，“是理解了人工神经元的节奏必须与真实神经元的节奏相匹配。一旦我们能够做到这一点，生物网络就能够对人造网络发出的“旋律”做出反应。在欧洲Brainbow项目中获得的初步结果，帮助我们设计这些仿生人工神经元。”

他们调整了人工神经元网络以使用几种不同的节奏，直到他们找到了最佳匹配。将一组神经元分配到图像网格中的特定像素，然后能够将旋转的视觉模式改变到培养的神经元上的视觉模式。将光图案显示在培养神经元的非常小的区域上，研究人员能够验证局部反应以及生物网络的全球节律的变化。Levi说：“将Optimetics纳入系统是对实用性的进步。“它将允许未来的仿生装置与特定类型的神经元或特定神经元电路通信。”该团队乐观地说，使用其系统的未来假肢设备将能够更换损坏的脑电和脑区之间的沟通。“在东京大学与Pr Kohno和Ikeuchi博士合作，我们专注于生物杂化神经形态系统的设计，以创造新一代神经调节剂”，Levi说。

MEA上的神经元培养通过致敏技术刺激。刺激的光图案由实时人工神经网络活动定义。模式刺激图像由将64人工神经网络活动的转换为8x8 Matric图像而产生。每个方格代表一个人工神经元。当方块是白色的时，它意味着尖峰活动，当它是黑色时，它意味着没有活动。一旦将VGA图像传送到视频投影仪，来自数字硬件板的附加同步TTL信号激活信号发生器，该信号发生器控制视频投影仪的蓝光源的功率调制。视频投影仪产生的图像通过适应的上右渗流显微镜进行脱放（约14次），并专注于位于显微镜的焦平面的神经元培养物上。活神经元，在培养上大约四周并以前用快速通道射频2变体负责人响应蓝光刺激，并通过红色钙成像和多电极记录监测诱发神经元烧制。