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科技報導

科學家研製出行為仿真的人工神經細胞微芯片



巴斯大學的科學家們,已經開發出了一款小到可以放在指尖的微小矽芯片。其特點是能夠實現與人體中存在的生物神經細胞“幾乎相同”的功能,為脊髓損傷和心力衰竭等患者提供了新的治療選擇。研究團隊稱,這種低功耗“片上細胞”(cells-on-a-Chip)裝置可用於生物電子設備或植入物,以抵抗影響神經系統的疾病(比如阿爾茨海默病)。

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(圖自:University of Bath,via Cnet)

神經細胞(或神經元)遍布在整個大腦和神經系統中,並通過細長臂來迅速發送電信號,從而將信息從大腦傳遞到身體(並返回)。

神經細胞的信號傳導活動,涉及將機械 / 化學信號轉換為電信號的離子通道。鑑於神經衝動的原理很是深奧複雜,使得研究人員難以搞清楚細胞對某些刺激的反應。

不過巴斯大學物理學家兼研究合著者 Alain Nogaret 在新聞稿中稱:“在此之前,神經元都像黑匣子一樣。但我們設法打開了黑匣子,並進入到了它的內部”。

其工作正在發生範式變化,因其提供了一種可靠的方法,來細微再現真實神經元的電特性。

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Alain Nogaret 教授(左)與 Kamal Abu Hassan 研究員(右)

有關這項研究的細節,已經發表在本週二出版的《自然通訊》期刊上。論文中詳細介紹了突破性的技術,可在微型芯片上再現神經元的電特性。

研究團隊成功複製了大腦中記憶和呼吸所需的單個神經細胞(海馬神經元 + 呼吸神經元)。芯片具有許多合成離子通道,後者負責生物細胞中的電脈衝。

通過將之與大鼠海馬神經元和腦幹神經元中發現的信號進行比較,研究團隊讓芯片接受了 60 種不同的刺激方案,並對相應狀況進行了建模。結果發現,芯片每次都能夠重現真實細胞中的響應。

需要指出的是,儘管這項研究展現了未來潛在的生物醫學植入物的前景,但作者指出,我們仍需考慮神經細胞的其它特徵。

該芯片的作用類似於單個細胞,但神經細胞的分支臂(負責在細胞之間傳遞信號)仍相當複雜。

在後續研究中,團隊將嘗試在芯片基礎上構建一套完整的“生物神經元動力學”模型,同時添加能夠描述分支活性特徵的部分。