Главная страница > Новости > ОБЗОР НОВОСТЕЙ НЕЙРОТЕХНОЛОГИЙ 01.06.2020-07.06.2020

ОБЗОР НОВОСТЕЙ НЕЙРОТЕХНОЛОГИЙ 01.06.2020-07.06.2020

05 июня 2020

Протез для мозга: синхронизация искусственной и биологической нейронных сетей

Ученые из Токийского университета демонстрируют первую рабочую имплементацию связи в реальном времени и передачи информации от импульсной нейронной сети (SNN), реализованной на плате FPGA, к биологической нейронной сети (BNN) за счет динамического кодирования SNN по шаблонам, что затем используют для оптогенетической стимуляции BNN.

Шаблоны активности генерируются с помощью SNN, далее они кодируются в реальном времени в уникальные паттерны синего света — двоичные изображения (8х8 пикселей), генерируемые с помощью цифровой обработки света с использованием модифицированного видеопроектора с микропроецированием на двумерную нейронную сеть (культура), выращенную на многоэлектродной решетке.

Микроэлектродная решетка это устройство, в котором имеется несколько (от десятков до тысяч) микроэлектродов, через которые происходит получение или отправка нейронных сигналов.

В ходе исследования было проведено 12 экспериментов, в каждом из которых для обнаружения синхронизации сетей использовался определенный вариант SNN и других параметров. Суть заключается в том, что когда происходит передача информации, два аналогичных INPUT для BNN должны вызывать два аналогичных OUTPUT паттерна в BNN. Передача информации сильно коррелировала со средней интенсивностью стимула и показала колоколообразную кривую как функцию средней частоты стимула.

Уровень сознания пациентов определили по ЭЭГ при восприятии речи

Ученые из Китая и Франции предложили новый способ определения уровня сознания пациентов с нарушениями сознания — по потенциалам на электроэнцефалограмме (ЭЭГ) при восприятии речи. У здоровых людей всплески активности наблюдали при восприятии как слов, так и целых фраз и предложений, а у пациентов с нарушениями сознания на ЭЭГ были только следы восприятия отдельных слов.

Амплитуда ответа на ЭЭГ при восприятии речи действительно коррелировала с уровнем сознания пациентов: при прослушивании отдельных слов у всех участников наблюдали значительный всплеск с частотой в четыре Герца; на фразы у всех пациентов был ответ на той же частоте, но на двух Герцах значительный всплеск среднем по группе был только у здоровых добровольцев и слабый всплеск у пациентов с апаллическим синдромом.

Примеры слов, фраз и предложений, которые проигрывали участникам эксперимента

Исследователи обучили линейный классификатор распределять пациентов по диагнозам и предсказывать улучшение их состояния. Он предсказал улучшение состояние пациентов с большей точностью, чем поведенческий тест. Модель затем проверили на данных 25 дополнительных пациентов без переобучения. Алгоритм разделил пациентов на тех, кто улучшит свое состояние и нет, с точностью 80 процентов, а аналогичный классификатор на основе поведенческих данных правильно предсказал лишь 28 процентов исходов.

Новые ультратонкие волокна доставляют лекарство прямо в мозг

С помощью новых волокон медики могут вводить препарат нимодипин непосредственно в мозг, а не через вену, с меньшим количеством побочных эффектов. Препарат нимодипин может предотвратить гибель нервных клеток после операции на головном мозге. Новый метод разработали фармацевты и нейрохирурги из Галле-Виттенбергского университета имени Мартина Лютера (MLU, Германия).

Исследовательская группа включила нимодипин в биоразлагаемые полимерные волокна толщиной от одного до двух микрометров. Волокна могут разлагаться в организме, и материал, из которого они сделаны, уже широко используется в медицине. Испытания на клеточных культурах показали, что волокна высвобождают лекарство с постоянной скоростью. Это важно, так как предотвращает побочные эффекты в случае передозировки.

Внутривенная доставка расслабляет кровеносные сосуды не только в головном мозге, но и по всему телу, включая сердечные мышцы. Волокна вводят препарат локально, уменьшая побочные эффекты.

После этого нейрохирурги проверили, как новый метод влияет на различные клетки мозга. Волокна не показали токсического действия. При различных стрессовых условиях, таких как высокая температура или высокая концентрация соли, волокна снижали количество погибших клеток, и в некоторых случаях – очень существенно. Эффект лечения с микроволокнами оказался таким же эффективным, как если бы лекарство вводили старым способом – внутривенно.

Ученые разработали пульт дистанционного управления нейронами

Ученые из Университета Карнеги-Меллона разработали графеновый 3D материал, который обеспечивает дистанционную оптическую стимуляцию клеток без необходимости их генетической модификации. Кроме того, для целевого воздействия нужно немного энергии, что предотвращает клеточный стресс

Чтобы обеспечить необходимый фототермический эффект, ученые решили синтезировать графен в виде «хлопьев» на кремниевой нанопроволоке. Этот подход позволил создать широкополосное оптическое поглощение. Благодаря этим свойствам импульсное воздействие света обеспечивало нужную передачу сигналов в клетках.

Графеновые хлопья выращены на кремниевых нанопроводах для достижения высокой проводимости

Такая стимуляция может воздействовать на нейроны мышечной и нервной ткани в организме или управлять развитием тканей органоида во время научных экспериментов, объясняют ученые область применения технологии. В результате это даст возможность контролировать развитие и влиять на функциональность тканей с высокой точностью и низким потреблением энергии.

ГМ-мыши с терморецепторами в глазах приобрели инфракрасное зрение

Исследователи из Института молекулярной и клинической офтальмологии Базеля предложили необычное решение для восстановления способности ориентирования в пространстве – дополнить светочувствительные белки клеток сетчатки глаза термочувствительными каналами, которые позволили бы воспринимать инфракрасное излучение с длиной волны около 900 нанометров.

Чтобы усилить чувствительность TRP-каналов, биоинженеры пришили к ним аминокислотную последовательность, распознаваемую специфическим антителом. К антителу, в свою очередь, присоединили золотые наночастицы, которые усиливали бы излучение благодаря поверхностному плазмонному резонансу. Полученная система позволила бы активировать каналы излучением с меньшей энергией и обезопасить сетчатку от повреждений.

Схема активации сетчатки при помощи встроенного в мембрану терморецептора и наночастиц, конъюгированных с антителами против него

Подопытные животные несли в геноме мутацию, которая приводила к почти полной дегенерации фоторецепторов во взрослом возрасте. В результате введения вируса, примерно половина колбочек в составе сетчатки получила модифицированный TRPV1. Антитела с наночастицами вводили в глаз отдельно. Исследователи успешно детектировали ток кальция в колбочках в присутствии наночастиц под действием излучения, а также наблюдали активацию нейронов ганглионарного слоя сетчатки.