Учёные из Гарварда с помощью передового чипа составили карту 70 000 нейронных соединений

Исследователи из Гарварда разработали революционный чип из кремния, который способен одновременно фиксировать синаптические сигналы от множества нейронов. С помощью этого прибора ученым удалось составить карту и задокументировать более 70 000 синаптических связей, извлеченных из около 2 000 нейронов крысы. Эти результаты открывают новые горизонты в изучении функций мозга и приближают ученых к созданию детальной карты синаптических взаимодействий.

Специалисты верят, что высшие когнитивные функции мозга зависят от способа соединения нейронов. Синапсы — это точки контакта между нейронами, и исследователи стремятся создавать карты синаптических связей, отображающиеся не только наличие соединений, но и силу этих связей. Хотя метод электронно-микроскопического моделирования успешно создает визуальные карты, он не предоставляет информации о динамике и мощи связей между нейронами, что критично для понимания их функционала.

Под руководством профессора Донхи Хама в Гарвардской школе инженерных и прикладных наук имени Джона А. Полсона команда разработала кремниевый чип с массивом из 4 096 электродов. Это устройство позволило параллельно и масштабно регистрировать внутриклеточную активность нейронов крысы, культивируемых на чипе. На основании собранных данных было зарегистрировано свыше 70 000 синаптических связей из 2 000 нейронов.

Этот прорыв основан на предыдущем успехе 2020 года — массиве из 4 096 вертикальных наноигольчатых электродов, встраивавшихся в кремниевый чип. В прошлом нейрон оборачивался вокруг иглы для проведения внутриклеточной записи, но тогда удавалось собирать данные только о 300 синаптических соединениях.

Новая конструкция значительно превышает предыдущую эффективность. Более 90% из 4 096 микроэлектродных отверстий — более 3 600 — установили внутриклеточные контакты с нейронами. Количество зарегистрированных синаптических соединений достигло 70 000, в 233 раза превысив результаты предыдущих моделей. Это также позволило улучшить качество данных, сделав возможной классификацию связей по характеристикам и силе.

Это достижение открывает новые перспективы для исследования мозговых функций и может значительно расширить наше понимание нейронных сетей. Исследовательская группа продолжает работу над внедрением этой системы в живой мозг, что может привести к важным открытиям в изучении его работы.

Источник: iXBT