Как наши клетки мозга, или нейроны используют электрические сигналы для общения и координации на высшие функции мозга-это один из самых важных вопросов в науке.
В течение многих десятилетий, исследователи использовали электроды для прослушивания и записи этих сигналов. Патч зажим электрода, электрода в виде тонкой стеклянной трубки, революцию в нейробиологии в 1970-х годах с его способностью проникать в нейрон и записывать тихие, но явные синаптических сигналов внутри клетки. Но этот инструмент отсутствует возможность для записи нейронной сети; он может измерять только около 10 ячеек параллельно.
Теперь, исследователи из Гарвардского университета разработали электронный чип, который может выполнять высокой чувствительности внутриклеточных запись из тысяч нейронов одновременно. Этот прорыв позволил им карту синаптической связи беспрецедентного уровня, выявление сотен синаптических связей.
«Наша комбинация чувствительности и параллельности можете воспользоваться фундаментальной и прикладной нейробиологии похожи, в том числе функциональный коннектом строительства и высокой пропускной способностью электрофизиологического скрининга,» сказал Hongkun парк, Марк Хайман-младший профессор химии и профессор физики, и co-старший автор бумаги.
«Сопоставление биологической синаптической сети включен по этому долгожданному распараллеливания внутриклеточные записи также может обеспечить новую стратегию для искусственного интеллекта для создания нового поколения искусственных нейронных сетей и нейроморфных процессоров», — сказал Donhee ветчина, Гордон Маккей, профессор прикладной физики и электротехники в Джон А. Полсон Школы инженерных и прикладных наук (Seas), и co-старший автор бумаги.
Исследования описана в природе биомедицинской инженерии.
Исследователи разработали электронный чип, используя ту же технологию изготовления, как компьютерные микропроцессоры. Чип имеет плотный блок из вертикально стоящих нано-электродов на его поверхности, которые эксплуатируются базовыми высокоточной интегральной схемой. Покрытый порошок платиновый, каждый nanoelectrode имеет шероховатую текстуру поверхности, что улучшает его способность передавать сигналы.
Нейроны культивировали непосредственно на чипе. Интегральная схема посылает ток для каждого нейрона соединен через nanoelectrode для открытия крошечные отверстия в мембране, создавая внутриклеточные доступа. Одновременно, та же интегральная схема также усиливает напряжение сигналов от нейрона подобрал nanoelectrode через отверстия.
«Таким образом, мы объединили высокую чувствительность внутриклеточных записи и параллельность современный электронный чип,» сказал Джеффри Эбботт, постдокторант кафедры химии и химической биологии и моря, и первый автор бумаги.
В экспериментах, массив внутриклеточно зафиксировано более 1700 крысиных нейронов. Всего 20 минут записи дал исследователям никогда еще не видел посмотрите на нейронной сети и пускают их на карте более 300 синаптических связей.
«Мы также использовали этот высокопроизводительного, высокоточного чип для оценки влияния препаратов на синаптические связи между крысой нейронной сети, и сейчас мы разрабатываем вафли-данные системы для высокопроизводительного скрининга наркотиков неврологических расстройств, таких как шизофрения, болезнь Паркинсона, аутизм, болезнь Альцгеймера и наркомании», — сказал Эбботт.
Эта работа была написана в соавторстве знак Йе, Кит Кшенека, С. Рона Гертнер, Стивен Пан, Youbin Ким, Лин Цинь и Wenxuan Ву.
Исследование осуществлено при поддержке Института передовых технологий Samsung для Samsung Электроника, основы катализатора, исследовательского бюро армии США, Национальный научный фонд, Национальные институты здравоохранения, и Фонд Гордона и Бетти Мур.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!