Ferenc, Olívia
-4 °C
4 °C

Szilícium és idegsejtek

2006.04.07. 10:16
Kapcsolódó cikkek (1)
Olasz, német és svájci kutatók speciális, agysejtekkel kommunikáló mikrochipet hoztak létre. Szerves és szervetlen matéria egyesítése rendkívül fontos lépés az elektronikus áramkörök és az élő idegrendszer magasabb szintű szintézise felé vezető úton. Egyre többen gondolják, hogy a hibrid eszközök a jövő információtechnológiájának az alapjai.

Biológiai félvezetők

Korlátlan lehetőségek rejlenek a neuron-szilícium interfészben. A NACHIP segítségével a kutatók megfigyelhetik az agysejtek működését, sőt egyszer talán azt is lehetővé teszi, hogy a számítógépek élő idegsejteket használjanak memóriaként. Az "organikus computerek", genetikailag működtetett merevlemezek mellett idővel különböző betegségek, rendellenességek kezelésében hatékony, igen bonyolult neurális implantátumokra szintén számíthatunk.

Az új technológia legelső - a fentebbieknél sokkal hamarabb megvalósuló - alkalmazása a gyógyszeriparban várható. A cégek a chippel tesztelhetik a gyógyszerek hatását az idegsejtekre, új kutatási irányokat fedezhetnek fel.

A NACHIP előtti neuron-szilícium interfészek sokkal kevesebb idegsejthez, illetve nem mindig egy-egy sejthez, hanem csoportokhoz kapcsolódtak.

"Számos problémával kellett szembenéznünk" - emlékezik vissza a kezdetekre Stefano Vassanelli, a projektben résztvevő Páduai Egyetem molekuláris biológia professzora. "Két főbb megközelítést alkalmaztunk: a félvezető technológiát és a biológiát."

Kígyók, patkányok

Az idegsejtek élő szövete és a szilícium között működő interfész kidolgozásával rendkívül nehéz feladatot oldottak meg. A német Infineon mikrochip-gyártó közreműködésével 16384 tranzisztort és több száz kondenzátort helyeztek a mindössze egy négyzetmilliméternyi chipre. A neuronokkal való kapcsolathoz azonban meg kellett találniuk az erre alkalmas anyagokat, illetve finomítaniuk kellett a chip topológiáján.

Az idegsejteket az agyban található speciális proteinekkel kötik a lapkához. A proteinek nemcsak ragasztóként funkcionálnak, hanem a neuronok ionos csatornáit és a félvezető anyagokat úgy kapcsolják össze, hogy az elektromos jelek, impulzusok eljussanak a szilícium chipre. A tranzisztorok rögzítik azokat, miközben idegsejtek ezrei stimulálhatók a kondenzátorokon keresztül, azaz megvalósul a kétirányú kommunikáció.

A kísérleteket kígyóagyból tenyésztett sejtekkel kezdték, majd patkányra váltottak. "Azért nehezebb emlős neuronokkal dolgozni, mert kisebbek és sokkal bonyolultabbak" - magyarázza Vassanelli.

Ki és bekapcsolt gének

A chipet neuronok stimulációjával tesztelték. Ismert idegtudományi technikákkal rögzítették, melyik tüzelt, majd nyomon követték a lapkából jövő jelek útját. Azt a következtetést vonták le, hogy a chip és az interfész további fejlesztésekre szorul, valamint a neuronok stimulációját megkárosításuk nélkül kell kivitelezni. A neuronokkal való, géneket használó kommunikáció szintén megoldandó feladat, a sejtek és a chip közötti kapcsolódás csak úgy lesz szorosabb, erősebb. "A memória a génekből származik, gének nélkül nincs memória, nincsenek számítások" - mutat rá a probléma súlyára Vassanelli.

Az erősebb kapcsolódással a chip szélesebb körben hat: "lehetséges, hogy olyan jelek jöjjenek ki belőle, melyek hatására a neuron megváltoztatja membránját, és egy új gént vesz fel, vagy valamit, ami kikapcsol egyet." Következő lépésben a gének be- és kikapcsolásával próbálkoznak. A kivitelezéshez az idegsejt-tenyészetet valamilyen vegyülettel kellene kiegészíteni, s akkor máris pontosan kontrollálhatnák, melyik neuron képes génfelvételre, melyik nem.

A többezer összekapcsolt idegsejt feletti kontrollnak ez a szintje tenné lehetővé az új alkalmazásokat, az agyműködés jobb megértését, a számítógépes memória tárolásának eddig nem ismert módjait.