Группа учёных из Массачусетского университета в Амхерсте представила искусственный нейрон, способный работать в диапазоне напряжений, аналогичном тому, который используют живые клетки. Это достижение впервые позволяет электронным схемам обмениваться сигналами с живой тканью без необходимости в промежуточном усилении, что значительно сближает сферу электроники и биологии.
Живые нейроны генерируют импульсы в диапазоне 70–130 милливольт. В отличие от них, предыдущие версии искусственных нейронов требовали напряжения свыше 0,5 вольта, что делало прямой контакт невозможным из-за риска подавления клеточной активности сильными сигналами. Руковоитель исследования Цзюнь Яо подчеркнул, что новый нейрон использует в десять раз меньше энергии и напряжения.
Основой конструкции стал мемристор – компонент, сопротивление которого варьируется в зависимости от тока. Ключевую роль сыграли белковые нанопровода бактерии Geobacter sulfurreducens, что позволило настроить мемристор на работу при биологических уровнях напряжения.
При тестировании новый нейрон имитировал реальный нейронный импульс, создавая короткие всплески напряжения и активно реагируя на химические стимулы, такие как уровень натрия и дофамина. Главным образом, схема была протестирована на кардиомиоцитах, клетках сердечной мышцы, и показала возможность реального обмена данными с живыми клетками.
Эти технологии могут также оказать влияние на носимые сенсоры, так как благодаря низковольтным нейронам можно избежать промежуточного усиления сигналов, что значительно снижает энергопотребление и сложность конструкции. В преддверии долгосрочных испытаний с настоящими нейронами, эффект исследуемого формата представляет собой многообещающий шаг к созданию нейроинтерфейсов будущего.