Группа ученых из Великобритании, Германии, Италии, и Швейцарии под руководством Алексантроу Серба из Саутгемптонского университета смогли связать нейроны из кремния и естественные их аналоги при помощи мемстора. Согласно статье опубликованной в Nature Scientific Reports все элементы системы находились в разных уголках Европы, а передача данных осуществлялась при помощи сети Интернет.
Мемсторы, это устройства, имитирующие одно из важнейших свойств биологического синопса — долговременную потенцацию. В нейронных связях природного происхождения (к примеру — в человеческом мозге) чем дольше поддерживается связь между нейронами, тем прочнее она становится, и тем быстрее осуществляется «передача данных». Фактически мемсторы представляют собой электронные элементы, которые изменяют свое сопротивление в зависимости от того, какой заряд через них протекает.
Первым элементом созданной сети стал кремниевый нейрон, представляющий собой вполне привычную нам интегральную схему, состоящую из транзисторов. Это устройство генерировало электрические импульсы, которые передавались на мемристор, а затем через микроэлектрод — на выделенный нейрон гиппокампа мыши. Напряжение, которое передавал кремниевый нейрон своему биологическому собрату, напоминало возбуждающие постсинаптические потенциалы, схожие с нейронными импульсами в мозге. Такой гибридный синапс назвали синаптором.
Для имитации пластичности синапсов, на мемристор подавали сигнал через два полюса. На первый поступало возбуждение от искусственного нейрона, а на второй возвращался ответ от биологического нейрона, формируя таким образом постсинаптический вход.
Для передачи импульса от электронного нейрона, к биологическому была создана отдельная система. Импульсы нейрона регистрировали с помощью метода локальной фиксации потенциала и по микроэлектроду они поступали во второй мемристор, который преобразовывал его для “понимания” биологической клеткой, и наоборот.
Особая изюминка всей системы — это расположение её компонентов. Кремниевые нейроны находились в Цюрихе, мемристоры — в Саутгемптоне, а культура мышиных нейронов — в итальянской Падуе. Система использовала протокол UDP для передачи данных через интернет.
В ходе эксперимента учёным удалось смоделировать долговременную связь аналогичную глутаматергическим синапсам гиппокампа. Искусственный нейрон производил электрические сигналы определенной частоты, а мемристоры взяли на себя роль постсинаптической мембраны, которая должна имитировать функции пластичности в мозге. Мемристоры меняли частоту импульсов в ответ на реакцию от подаваемого напряжения на биологическую клетку.
Успех данного эксперимента может послужить дальнейшему исследованию и улучшению подобных систем. Потенциально технология может применяться в области терапии сердечной аритмии, гипертонии, повреждений спинного мозга и болезни Паркинсона.
