Создана схема устройства для людей с травмой спинного мозга
Ученые Курчатовского института совместно с коллегами разработали схему устройства, способного помочь людям, получившим травму спинного мозга, заново научиться ходить. Прибор на основе мемристоров — микроэлектронных компонентов, способных «запоминать» предыдущие воздействия, возьмет на себя функции соединения между поврежденными нейронными структурами, генерирующими последовательность импульсов для каждого шага.
Публикация об этом исследовании вышла в журнале «Российские нанотехнологии». В детстве многие из нас читали сказку о сороконожке, которую спросили, как она выбирает, с какой ноги шагать: задумавшись, бедняжка просто не смогла идти дальше. И даже если ног всего две, процесс не так прост – необходимо согласованно напрягать и расслаблять мускулы, учитывая при этом данные с сенсоров кожи стоп (сигнализирующие, например, о забытой на ковре детальке Lego).
К счастью, большую часть ответственности за ходьбу и другие движения берут на себя «ансамбли» нейронов, расположенные в спинном мозге — так называемый центральный генератор упорядоченной активности (ЦГУА). В ответ на желание начать движение он формирует последовательности импульсов, служащих командой для мыщц. Если же работа нейронов нарушена в результате травмы, вполне здоровые мышцы окажутся парализованы. Исследователи разработали принципиальную схему устройства, которое способно создать необходимую цепочку (паттерн) сигналов, потенциально заменив собой поврежденный ЦГУА.
Основные рабочие компоненты схемы — это мемристоры (от memory + resistor), сопротивление которых зависит от величины прошедшего через них заряда. Главной задачей ученых было добиться, чтобы в ответ на внешний сигнал, устройство, как и биологический ЦГУА, выдавало ритмичную последовательность импульсов в соответствии с биологическим паттерном ходьбы. Следовательно, устройство необходимо «обучить» правильному поведению.
Канадский физиолог Дональд Хебб сформулировал правило, по которому работают настоящие нейроны: если между возбуждением первого и второго нейрона есть причинно-следственная связь, то их взаимодействие будет становиться все более плотным, а время между откликами – уменьшаться. Предположим, мы учим ребенка слову «яблоко», устанавливая ассоциацию между набором звуков и физическим объектом. Если яблоки красные, у малыша сформируется связь: «красное» — «яблоко». Если в следующий раз мы покажем зеленые яблоки, эта связь ослабится. Таким образом нервная система живого организма подстраивается под меняющиеся условия, то усиливая связь между нейронами (обучение), то ослабляя эти связи (разобучение).
«Одним из важнейших компонентов в нашей схеме является мемристор, так как его сопротивление можно изменять, формируя тем самым последовательность сигналов с определенным паттерном, — поясняет Алина Сулейманова, научный сотрудник компании B-Rain Labs. — В ходе моделирования мы выяснили, что если сопротивление мемристора слишком высокое, то при воздействии входного сигнала мембранный потенциал искусственного «нейрона» изменится незначительно, и «нейрон» не сформирует выходной сигнал.
В этом случае мемристор необходимо «обучить» — уменьшить его сопротивление. Однако, если оно будет слишком низким, то последовательность выходных сигналов будет формироваться хаотично. Следовательно, необходимо увеличивать сопротивление. Таким образом, мы определили диапазон значений сопротивления мемристора, при котором генерируется последовательность сигналов, похожая на биологический паттерн ходьбы».
В качестве проводящего материала исследователи взяли за основу органическое соединение BTBT (бензотиено[3,2-b][1]-бензотиофен) , тонкая пленка которого выступила в роли активного слоя мемристора. «Материал был выбран не случайно, — комментирует Никита Прудников, лаборант-исследователь группы нейроморфных систем лаборатории технологий искусственного интеллекта НИЦ Курчатовский институт.
— Во-первых, BTBT показывает времена изменения сопротивления, сопоставимые с реальными биологическими нейронами. Во-вторых, в основе пленки – малая молекула, что позволяет гибко настраивать свойства устройств за счет химического изменения этих молекул и управления структурой пленки. Наконец, обладая всеми преимуществами органического материала, соединение в то же время показывает хорошую проводимость». На следующим этапе работы ученые планируют физическую реализацию прототипа ЦГУА и ее тестирование с мемристивными приборами.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые нашли убедительное свидетельство того, что Большое Магелланово Облако — одна из ближайших к нам галактик — впервые приближается к Млечному Пути. Это открытие меняет представления о будущем нашей Галактики — от орбит спутников до распределения окружающего газа.
Метеорный поток Эта-Аквариды достигнет своего максимума в ночь с 5 на 6 мая. Его частицы — осколки самой знаменитой кометы в истории, которая появляется над Землей раз в 76 лет. Ученый Пермского Политеха рассказал, как этот звездопад связан с кометой Галлея, почему у него есть «брат-близнец» и где лучше всего за ним наблюдать.
Во времена Екатерины II один из немецких колонистов в России мутировал, из-за чего все его потомки получали раннюю болезнь Альцгеймера. Теперь среди них появился первый, кого она не тронула, — по мнению ученых, благодаря жаре, которой он должен был подвергаться на работе.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Полифенолы и другие соединения заваренного кофе в лабораторной модели связывались с ядерным рецептором NR4A1, который участвует в ответе клеток на стресс, воспаление и повреждение. Вещества меняли активность рецептора и тормозили рост опухолевых клеток, а при подавлении рецептора эффект слабел. Ученые предложили молекулярное объяснение части полезных эффектов кофе, но не проверяли их у людей.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно