Ученые из Курчатовского института и Казанского федерального университета разработали самообучающуюся модель, которая может помочь в создании нейропротезов для восстановления функции поврежденного спинного мозга, сообщает сайт Курчатовского института.
Основной принцип работы этой модели заключается в использовании специальных кустройств, называемых мемристорами. Мемристоры — это микроэлектронные компоненты, имитирующие пластичность синапсов, которая есть у нейронов в мозге. Синапс — это контакт между нейронами, который передает сигналы от одной клетки к другой. Этот сигнал передается с разной эффективностью. Во время запоминания информации связи между нейронами усиливаются, что ведет к усилению передачи импульсов.
Во время экспериментов исследователи записали активность нервных клеток в модельной нейронной сети, которая контролировала движения одной из конечностей животного. Затем они разорвали синаптическую связь между группами нейронов и заменили контакты на мемристоры, которые проводили сигналы с определенной пропускной способностью.
Ученые объяснили, что мемристоры изменяют свое сопротивление в зависимости от ионного заряда, проходящего через них. С помощью электрической стимуляции и обратной сенсорной связи с моделируемой конечностью достигается нужное сопротивление. Сигналы подбираются так, чтобы обеспечить нужную проводимость в определенных участках нейронной сети.
Эта модель, основанная на мемристорах, способна самостоятельно обучаться. Она может адаптироваться к сенсорным откликам, которые создаются моделируемой конечностью при нормальной ходьбе. Мемристоры устанавливают сопротивление, которое поддерживает обычный шаблон ходьбы даже без внешней стимуляции. С помощью таких мемристивных синапсов возможно создание адаптивного нейропротеза, который сможет заменить поврежденную область спинного мозга. Этот протез на спинном мозге будет получать сигналы от стимуляции и обратной сенсорной связи от неповрежденных конечностей. Устройство будет самонастраиваться и адаптироваться к моторным навыкам пациента.
С помощью самообучающихся мемристивных устройств возможно восстановление естественной двигательной активности у людей с повреждениями спинного мозга. Они также могут помочь людям освоить новые моторные навыки. В настоящее время ученые из Курчатовского института тестируют эту разработку в условиях, более приближенных к реальным.
В октябре 2023 года ученые Нижегородского университета представили свою технологию создания нейропротезов, восстанавливающих работу поврежденных участков головного мозга. Она основана на объединении искусственных и живых нейронов. Исследователи определили параметры, при которых живая нейронная сеть и источник нейроноподобных искусственных сигналов работают сообща. При этом активностью искусственного нейрона управляют клетки мозга. Ученые предполагают, что замена поврежденного участка гиппокампа электронными нейронами восстановит работу мозга после травм.
Фото: Курчатовский институт.
