Исследователи впервые достигли успеха в использовании мемристорного искусственного синапса для обработки сигналов нейронов гиппокампа. Этот синтетческий элемент реагировал на электрическую активность живых клеток, демонстрируя способность к изменению своей проводимости.
В ходе in vitro исследований было выявлено, что мемристор интегрируется в живые системы и отвечает на нейросигналы. Тесты на культурах мозга показали нормальное состояние и пораженные эпилепсией ткани подтвердили способность устройства распознавать аномальную активность и потенциально блокировать её. Ученые смогли контролировать проводимость мемристора для восстановления нормального функционирования нейросетей и предотвращения приступов.
Разработка мемристорной электроники на новом физическом уровне открывает возможности для создания следующего поколения устройств, предназначенных для взаимодействия с нервными системами. В рамках данного проекта был представлен инновационный метод имитации эпилептической активности в лабораторных условиях и продемонстрированы основы функционирования мемристорных нейропротезов на уровне клеточных сетей.
Мемристорные элементы обладают способностью воспроизводить функции как самих нервных клеток, так и синапсов – генерировать, обрабатывать и сохранять данные. Эти микроэлектронные компоненты обещают улучшить существующие нейропротезы, сделав их более доступными, быстродействующими и экономичными в плане энергопотребления, а также уменьшить их размеры для использования в медицине.
«Нейроны обмениваются аналоговыми сигналами. В традиционной микроэлектронике их можно смоделировать с помощью транзисторов, усилителей и других стандартных компонентов. Получатся объёмные системы с высоким энергопотреблением и низкой скоростью работы. Мемристоры за счёт своей универсальности сделают схемы нейропротезов значительно
производительнее, точнее и проще», – Мария Коряжкина, автор исследования, научный сотрудник лаборатории стохастических мультистабильных систем ННГУ им. Н.И. Лобачевского.
В исследовании применялись мемристоры на основе стабилизированного диоксида циркония, разработанные в лаборатории мемристорной наноэлектроники ННГУ. Проект был реализован учеными из этой же лаборатории и НИИ нейронаук при поддержке Российского научного фонда.
Публикация результатов исследования - журнале Chaos, Solitons & Fractals.
