Neuromorphic芯片模仿生物神经元以预防心力衰竭

  科学家设计出了一种固态神经元,它对生物神经元的电行为几乎具有相同的反应。目标是有朝一日将仿生芯片插入患者的大脑,以解决神经系统中发生故障的生物回路并调节因疾病而失去的功能。

Neuromorphic芯片模仿生物神经元以预防心力衰竭

  巴斯大学的物理学教授Alain Nogaret及其同事设计了微电路,该电路模仿离子通道的活动以及呼吸道和海马神经元的神经反应。

  他们首先从大规模的电生理记录数据库中分析了参数,复制了海马和呼吸神经元的动力学。

  使合成芯片的膜电压与生物芯片相同地振荡是极具挑战性的。但是,最终,“丰富与同事的跨学科交流和辛勤工作”获得了回报,Nogaret告诉ZME Science。

  研究人员对固态神经元执行了60种不同的电流注入方案,与生物神经元相比,它们产生了几乎相同的电响应。

  “我们的方法允许将包括高度非线性电路的模拟硬件配置为执行特定任务。利用硬件的物理属性进行的计算在低等待时间,低功耗,读取原始神经信号的能力等方面具有巨大优势,但迄今为止,由于难以找到调节行为的硬件参数而受到阻碍生物电路。我们希望将来会比单神经元研究更复杂的生物计算机,并解决神经元疾病。”

  在这项研究中建模的呼吸神经元负责调节呼吸和心脏节律。当该机制因年龄或疾病而出现问题时,个体就有发展为睡眠呼吸暂停和心力衰竭的风险。代替药物,以类似于呼吸神经元的方式适应生物反馈的设备可能被证明更有效。

  “我们有证据表明这种方法为心力衰竭提供了一种新颖的疗法。Nogaret说:“在认证阶段遵守植入物法规可能是为什么这项技术需要一段时间才能使人类受益的原因。”


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