Вляво: чип с масив от електроди; вдясно: невронна клетка, разположена върху масив от микродупки от електроди (източник: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences)
Учени от Харвардския университет разработиха уникален силициев чип, способен да записва синаптични сигнали от хиляди неврони едновременно. Изследователите успяха да картографират и каталогизират повече от 70 000 синаптични връзки от около 2000 неврона на плъх. Резултатите от експеримента откриват нови възможности за изучаване на това как работи мозъкът и могат да доближат учените до създаването на подробна карта на синаптичните връзки.
Висшите функции на мозъка се обясняват с начините, по които невроните се свързват помежду си. Контактните точки между невроните се наричат синапси и учените се опитват да създадат карти на синаптичните връзки, които показват не само кои неврони са свързани помежду си, но и колко силна е всяка връзка.
Електронната микроскопия, въпреки че се използва успешно за създаване на визуални карти на синаптичните връзки, не предоставя информация за силата на връзките и следователно за крайната функция на невронната мрежа.
Сега екип от изследователи, ръководени от Донхи Хам, професор в “Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences”, създаде масив от 4096 електрода върху силициев чип. Това устройство позволява масивен паралелен вътреклетъчен запис на неврони на плъхове, култивирани върху чип. От получените данни учените извличат информация за повече от 70 000 синаптични връзки от около 2000 неврона.
Новата разработка се основава на предишното постижение на екипа от 2020 г. – масив от 4096 вертикални наноиглени електрода, стърчащи от силициев чип. В това устройство неврон може да се увие около игла, което позволява вътреклетъчният запис да се паралелизира, благодарение на голям брой електроди. По това време обаче беше възможно да се извлече информация само за 300 синаптични връзки.
Новият дизайн е значително подобрен спрямо предишната версия. Средно над 3600 от общо 4096 електрода с микродупки – или 90% – са вътреклетъчно свързани с неврони. Броят на записаните синаптични връзки се увеличи до 70 000, което е 233 пъти повече, отколкото при предишния масив от наноиглени електроди.
Качеството на записаните данни също се подобри, позволявайки на екипа да класифицира всяка синаптична връзка въз основа на нейните характеристики и сила.
Това постижение отваря нови перспективи за изучаване на начина, по който работи мозъкът, и може да доведе до значителен напредък в разбирането на невронните мрежи и техните функции.
Екипът продължава да работи върху нов дизайн и планира да го приложи в жив мозък, което потенциално може значително да разшири познанията ни за това как работи този орган.