日前科學(xué)家們已經(jīng)制造出一種微小的硅芯片，小到足以放在指尖上，功能與人體中的生物神經(jīng)細(xì)胞“幾乎完全相同”。研究小組認(rèn)為，這種低功耗芯片可以用于生物電子設(shè)備和植入物，為治療諸如阿爾茨海默病或脊髓損傷等影響神經(jīng)系統(tǒng)的疾病提供了一種新方法。

神經(jīng)細(xì)胞或神經(jīng)元遍布大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，并通過細(xì)長的突觸迅速發(fā)送電信號，將信息從大腦傳到身體和背部。它們的信號活動需要離子通道將機(jī)械或化學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號。這是一個隱藏在我們所有神經(jīng)沖動之下的復(fù)雜舞蹈，但這種復(fù)雜性使我們很難弄清楚細(xì)胞是如何對某些刺激做出反應(yīng)的。

“到目前為止，神經(jīng)元就像黑匣子，但我們已經(jīng)成功地打開了黑匣子，向里面窺視，”該研究合著者、巴斯大學(xué)物理學(xué)家阿蘭·諾加雷特(Alain Nogaret)表示，“我們的工作正在發(fā)生模式上的變化，因為它提供了一種可靠方法來重現(xiàn)真實神經(jīng)元的電學(xué)特性的細(xì)微細(xì)節(jié)。”

這項新技術(shù)能在微型芯片上復(fù)制神經(jīng)元的電學(xué)特性。該團(tuán)隊能夠復(fù)制大腦中記憶所需的單個神經(jīng)細(xì)胞(“海馬神經(jīng)元”)和呼吸所需的單個神經(jīng)細(xì)胞(“呼吸神經(jīng)元”)的動態(tài)。這種人造的神經(jīng)芯片有許多合成離子通道，這些通道負(fù)責(zé)模擬神經(jīng)細(xì)胞中的電脈沖。

研究團(tuán)隊將芯片產(chǎn)生的這些信號與在大鼠海馬神經(jīng)元和大鼠腦干神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)的信號進(jìn)行比較，讓芯片接受60種不同的刺激方案并模擬這些反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)每次芯片都能再現(xiàn)真實細(xì)胞中的反應(yīng)。

雖然這項研究顯示了生物醫(yī)學(xué)植入物的前景，但作者指出，神經(jīng)細(xì)胞的其他特征還需要考慮。

這種芯片的作用就像單個神經(jīng)細(xì)胞，但神經(jīng)細(xì)胞還需要通過樹突將信號從一個細(xì)胞傳到另一個細(xì)胞。研究小組認(rèn)為，他們的模型允許將“一個生物神經(jīng)元的完整動力學(xué)”整合進(jìn)芯片之中，但仍需要新的設(shè)備來顯現(xiàn)樹突的活性特性。

關(guān)鍵詞： 神經(jīng)細(xì)胞