Искусственные нервные клетки впервые интегрированы с живым растением

Впервые исследователи продемонстрировали искусственный органический нейрон, который можно интегрировать с живым растением и искусственным органическим синапсом. И нейрон, и синапс созданы из печатных органических электрохимических транзисторов.

При подключении к хищному растению Венерина мухоловка, электрические импульсы от искусственной нервной клетки заставляют листья растения закрываться, даже без присутствия мухи. Органические полупроводники могут проводить как электроны, так и ионы, что помогает имитировать ионный механизм генерации потенциалов действия в растениях. В данном случае небольшой электрический импульс менее 0.6 В может индуцировать потенциалы действия в растении, что, в свою очередь, вызывает закрытие листьев.

В 2018 году исследовательская группа из Университета Линчёпинга первой разработала комплементарные и печатаемые органические электрохимические схемы — с полимерами n-типа и p-типа, проводящими отрицательные и положительные заряды. Это позволило создать печатные комплементарные органические электрохимические транзисторы. Впоследствии группа оптимизировала транзисторы для производства на печатных машинах на тонкой пластиковой пленке. Тысячи транзисторов можно напечатать на одной пластиковой подложке. Совместно с исследователями из Лунда и Гётеборга группа использовала печатные транзисторы для эмуляции нейронов и синапсов биологической системы. Результаты опубликованы в Nature Communications.

Ключевые достижения:

• Впервые используется способность транзистора переключаться в зависимости от концентрации ионов для модуляции частоты спайков (импульсов).
• Показано, что связь между нейроном и синапсом обладает обучающим поведением, называемым Хеббовским обучением. Информация хранится в синапсе, что делает передачу сигнала все более эффективной.

Перспективы и преимущества:

Искусственные нервные клетки могут найти применение в чувствительных протезах для человека, имплантируемых системах для облегчения неврологических заболеваний и мягкой интеллектуальной робототехнике.

Органические полупроводники обладают рядом преимуществ: они биосовместимы, биоразлагаемы, мягки и пластичны. Для их работы требуется низкое напряжение, что совершенно безопасно как для растений, так и для позвоночных.