Как ученые приближают нас к миру киборгов: создан биочип, имитирующий человеческую сетчатку

В рамках усилий по развитию биоэлектроники, направленных на исправление дисфункций тела и мозга, международная группа исследователей разработала инновационный биочип, имитирующий работу человеческой сетчатки. Эта разработка является частью совместной работы специалистов из Форшунгсцентрум Юлих, РВТГ Ахенского университета, Итальянского института технологий и Неаполитанского университета. Результаты их работы опубликованы в журнале Nature Communications .

Создание этого чипа символизирует первые шаги к реальности киборгов, которая давно перестала быть лишь научной фантастикой. Люди уже используют кардиостимуляторы для лечения аритмии, кохлеарные имплантаты для улучшения слуха, а имплантаты сетчатки помогают слабовидящим людям обрести хотя бы частичное зрение. Новый чип, разработанный группой Санторо, представляет собой комбинацию проводящих полимеров и светочувствительных молекул, способных имитировать работу сетчатки, включая зрительные пути. Это достижение открывает возможности для еще более тесного слияния человека и машины.

Франческа Санторо, профессор нейроэлектронных интерфейсов в РВТГ Ахенском университете и визитинг-исследователь в Итальянском институте технологий, объясняет: «Наш органический полупроводник распознаёт количество падающего на него света, подобно тому, как это происходит в наших глазах. Количество света, попадающего на отдельные фоторецепторы, в конечном итоге создает образ в мозгу».

Чип отличается тем, что полностью состоит из нетоксичных органических компонентов, является гибким и работает на основе ионов, то есть заряженных атомов или молекул. Это позволяет ему лучше интегрироваться в биологические системы по сравнению с традиционными кремниевыми полупроводниковыми компонентами, которые жесткие и работают только с электронами. «Наши клетки используют ионы для контроля определенных процессов и обмена информацией», - поясняет исследователь.

На данный момент разработка является лишь «доказательством концепции», но ученые уже рассматривают возможные применения чипа. Он может функционировать как искусственный синапс, так как облучение светом меняет проводимость используемого полимера как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе. Реальные синапсы работают аналогичным образом: передавая электрические сигналы, они изменяют свой размер и эффективность, что является основой способности мозга к обучению и запоминанию. Санторо говорит: «В будущих экспериментах мы хотим соединить компоненты с биологическими клетками и соединить множество отдельных чипов вместе».

Помимо искусственной сетчатки, команда Санторо разрабатывает и другие подходы к биоэлектронным чипам, которые могут взаимодействовать с человеческим телом, в частности с клетками нервной системы. Они стремятся не только воспроизвести трехмерную структуру нервных клеток, но и их функции, такие как обработка и хранение информации.

Разные биочипы могут использоваться для изучения реальных нейронов, например, для исследования клеточного обмена информацией. Кроме того, Санторо и ее команда надеются, что в будущем их компоненты смогут активно вмешиваться в пути передачи информации клеток для коррекции ошибок, возникающих при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезни Паркинсона или Альцгеймера, или для поддержки органов, которые больше не функционируют должным образом.

Такие компоненты также могут служить интерфейсом между искусственными конечностями или суставами. Кроме того, чипы обладают свойствами, делающими их идеальными для использования в качестве аппаратуры для искусственных нейронных сетей, что может значительно улучшить работу компьютерных технологий. Санторо подчеркивает: «Они позволят создать компьютерные технологии, имитирующие работу мозга на всех уровнях».