Искусственные нейроны впервые напрямую взаимодействуют с живыми клетками мозга

Инженеры Северо-Западного университета создали напечатанные искусственные нейроны, которые могут напрямую взаимодействовать с реальными клетками мозга. Гибкие и недорогие устройства генерируют электрические сигналы, почти идентичные сигналам живых нейронов, и способны активировать биологическую ткань мозга.

В экспериментах на срезах мозга мыши искусственные нейроны успешно запускали ответные реакции в реальных нейронах. Это демонстрирует новый уровень совместимости между электронными устройствами и живыми нейронными системами.

Достижение приближает создание электроники для прямого интерфейса с нервной системой, что может привести к появлению новых нейропротезов, восстанавливающих слух, зрение или движение. Кроме того, технология указывает путь к энергоэффективным вычислительным системам, вдохновлённым мозгом.

Исследование, опубликованное 15 апреля в журнале Nature Nanotechnology, возглавил профессор Марк Херсам. Он отметил: «Мир сегодня доминирует искусственный интеллект... Чтобы сделать ИИ умнее, его обучают на всё больших данных. Это приводит к огромной проблеме энергопотребления. Поэтому нам нужно более эффективное аппаратное обеспечение. Поскольку мозг на пять порядков энергоэффективнее цифрового компьютера, логично искать вдохновение в мозге для вычислений следующего поколения».

Ключевым отличием новой разработки является использование мягких, печатаемых материалов, которые лучше соответствуют структуре мозга. Устройства созданы из электронных чернил на основе наночешуек дисульфида молибдена и графена, нанесённых на гибкую полимерную подложку методом аэрозольной струйной печати. Это позволяет каждому искусственному нейрону генерировать сложные сигналы (одиночные спайки, непрерывную активность, пачки импульсов), имитируя реальное нейронное общение.

Процесс изготовления прост, недорог и экологичен, так как метод аддитивной печати наносит материал только там, где это необходимо. Повышение энергоэффективности критически важно на фоне растущих аппетитов ИИ, требующих гигаватты энергии и огромных объёмов воды для охлаждения дата-центров.

Интересный факт: мозг человека, потребляя всего около 20 Вт, способен решать задачи, для которых современным суперкомпьютерам требуются мегаватты энергии. Новые искусственные нейроны — это шаг к созданию «нейроморфных» процессоров, которые смогут обрабатывать информацию аналогичным, крайне эффективным способом.