Нанонити могут детектировать сигналы вдоль отдельных нейронов
Учёные из Гарвардского университета использовали кремниевые нанонити для детекции, стимуляции и ингибирования нервных сигналов вдоль аксонов и дендритов живых нейронов млекопитающих. Работа опубликована в журнале Science.
Новый интерфейс наноэлектроники и нейрона
Исследователи под руководством профессора химии Чарльза М. Либера создали первые искусственные синапсы между наноэлектронными устройствами и отдельными нейронами млекопитающих. Устройство представляет собой транзистор на основе нанопроволоки, который связывается с нейронными отростками, передающими информацию в мозге.
Эти локальные устройства могут детектировать, стимулировать и ингибировать распространение нейронных сигналов с пространственным разрешением, недостижимым для существующих методов.
Преимущества перед существующими технологиями
- Микропипеточные электроды, вводимые в клетки, инвазивны и вредны.
- Микроэлектродные массивы слишком громоздки для детекции активности на уровне отдельных аксонов и дендритов.
В отличие от них, крошечные транзисторы на нанонити мягко контактируют с нейронным отростком, образуя гибридный синапс, что делает их неинвазивными. Они в тысячи раз меньше современной электроники для измерения мозговой активности.
Соответствие масштабов
Ключевым преимуществом является схожесть размеров ультратонких кремниевых нанопроволок и отростков нервных клеток: и те, и другие имеют ширину порядка десятков нанометров. Благодаря малому размеру (длина контакта с нейроном не превышает 20 миллионных долей метра) учёные смогли измерять и манипулировать электрической проводимостью вплоть до 50 точек вдоль одного аксона.
Перспективы и потенциал
Текущая работа включает измерение сигналов только в пределах одиночных нейронов. Теперь исследователи работают над мониторингом сигнализации в более крупных сетях нервных клеток. Устройства также потенциально можно настроить для измерения нейротрансмиттеров.
По словам Чарльза Либера, эта технология может оказать революционное влияние, предоставив:
- Новый мощный подход для нейронауки.
- Новую парадигму для создания сложных интерфейсов между мозгом и внешними нейропротезами.
- Новый подход для анализа клеток в реальном времени (например, для разработки лекарств).
- Возможность создания гибридных схем, сочетающих преимущества цифровой наноэлектроники и биологических вычислительных компонентов.