Простейший логический элемент, использующий вместо проводов тяжи клеток нейронов, - важный шаг на пути к созданию «живого компьютера». Или искусственного мозга.

Слева – схема логической схемы И. Справа – микрофотография реального устройства из культуры нейронов. На снимке не виден изолирующий слой, разделяющий «перекладину» в букве «П» на независимо работающие половинки

При всей своей сложности и мощи, наш мозг мало подходит для «промышленного» применения. Состоит он из крайне недолговечного материала, а надежность связей между нейронами невелика: успешная передача сигнала происходит лишь в 40% случаев.

Не слишком высокая эффективность является сложнейшей проблемой для нейроинженеров, которые пытаются создать системы с интерфейсом между нейронами и электронными микросхемами, которые очень бы пригодились, скажем, для больных с повреждениями нервной системы (о таком проекте мы рассказывали в заметке « Нейроинтерфейс »).

В естественных условиях мозг решает эту проблему, образуя взаимосвязанные группы нейронов, передающие сигнал со значительно более высокой надежностью. Этот подход использовали и израильские ученые во главе с Элишей Мозесом (Elisha Moses), которые сумели в лабораторных условиях скомбинировать нейроны в группы, и на их основе создать эффективный логический элемент, работающий так же, как в современной микросхеме. Главное их отличие состоит в том, что этот «микрочип» - живой, вместо металлических проводов в нем используются группы клеток нейронов.

Начали разработчики с того, что покрыли стеклянную подложку веществом, на котором культура нейронов не приживается. В нем они «выцарапали» нужную структуру микросхемы и покрыли другим веществом, «дружелюбным» к нервным клеткам. Неспособные расти на подложке нигде, кроме этой нацарапанной микросхемы, нейроны образовали нужную структуру. После надлежащего культивирования клеток, ученые получили несложное устройство, действующее, как логический элемент, выполняющий операцию «И». Эта операция еще называется логическим умножением: устройство выдает сигнал, только если получает оба необходимых входных сигнала.

«Нервная микросхема» имеет форму квадрата со стороной 900 мкм и включает сеть нейронов, образующих систему в форме буквы «П» толщиной «палочек» около 150 мкм. Открытую сторону буквы «П» занимает отдельный «островок» нервных клеток, связанный с «ножками» буквы тонкими мостиками (взгляните на иллюстрацию слева).

Будучи стимулированными следовыми количествами определенного вещества, нейроны начинают посылать сигнал по цепи, которая начинается на «перекладине» буквы «П» и продолжается на ее ножках. (Две стороны перекладины разделены друг от друга изолирующим слоем.) В конце концов сигнал достигает «островка» нервных клеток, который возбуждается и создает выходной сигнал только в том случае, если получил входной сигнал с обеих сторон. Как и в нашем мозге, эффективность этой логической операции благодаря согласованной работе множества нейронов, заметно превышает эффективность каждой отдельной клетки и достигает 95% надежности.

Впрочем, некоторые нейрофизиологи замечают, что реальный мозг, судя по всему, не использует в своей работе привычные схемотехникам логические элементы. Так что подход израильских ученых не ведет напрямую к созданию «искусственного мозга», зато может послужить важным шагом к созданию интерфейсов, соединяющих электронные системы с живыми нервными клетками.

Стоит сказать, что решения, представляющие собой «нечто среднее» между нервной и электронной системами, пригодятся отнюдь не одним только больным людям. К примеру, на их основе можно будет создать схемы управления компьютером непосредственно «силой мысли». Читайте: « Мыслю – следовательно, управляю ».

По публикации New Scientist Tech