Ученые создали искусственный электронный аналог афферентного нерва — подсоединив его к ноге таракана, авторы смогли имитировать передачу сигналов от настоящих нервов таракана и заставили его ногу двигаться. Исследование опубликовано в журнале Science.
Одна из главных особенностей современных протезов заключается в том, что они позволяют не просто манипулировать объектами, но и получать осязательную отдачу от таких взаимодействий. Несмотря на то, что такие разработки уже существуют, пока их чувствительность не может передавать те же ощущения, что и осязание через настоящие механорецепторы. Одним из основных подходов, которые могут позволить создать протезы, максимально похожие на настоящие конечности, считается полная имитация механизмов, лежащих в основе тактильного восприятия.
Исследователи под руководством Тхэ-У Ли (Tae-Woo Lee) из Сеульского университета создали искусственный аналог афферентного нерва, отвечающего в том числе за передачу сигналов при прикосновении к объектам. По сути, ученые реализовали в устройстве три электронных аналога настоящих объектов: механорецепторов, регистрирующих давление на кожу; нервного волокна, собирающего сигналы с рецепторов и преобразующего их в потенциал действия; а также синапса, превращающего потенциалы действия в постсинаптический потенциал, который можно использовать для взаимодействия с эфферентными нервами и управления мышцами.
Функцию механорецепторов исследователи реализовали с помощью резистивных датчиков давления. Датчик состоит из плоского золотого электрода и располагающегося над ним электрода из углеродных нанотрубок, поверхность которого состоит из множества пирамидок. При увеличении давления площадь контакта между электродами увеличивается, а электрическое сопротивление уменьшается, что позволяет измерить величину давления.
После регистрации давления этот сигнал подается на кольцевой осциллятор, преобразующий его в последовательность импульсов, в которой частота импульсов кодирует величину давления. Этот элемент немного отличается от своего биологического прообраза, потому что вместе с увеличением давления увеличивается не только частота, но и амплитуда сигнала, что не похоже на настоящий потенциал действия в живых организмах. Сигналы с нескольких кольцевых осцилляторов собираются в транзисторе, имитирующем синапс, и преобразуются в постсинаптический потенциал.
Авторы работы показали, что эта система позволяет определить не только само прикосновение, но и его направление его движения. Также они продемонстрировали, что массив из датчиков может определять символы алфавита Брайля. Кроме того, ученые присоединили устройство к эфферентным нервам в отрезанной ноге таракана, и показали, как эти сигналы заставляют мышцы в ноге сокращаться:
Недавно американские исследователи создали искусственный синапс, который может не только проводить сигналы, но и имитировать синаптическую пластичность. Считается, что именно этот эффект является ключевым в процессе обучения.
Григорий Копиев
Больше пострадали молодые пациенты
Популяционное исследование датских ученых показало, что у людей с сахарным диабетом первого типа риск внезапной сердечной смерти повышается в 3,7 раза, а у людей с диабетом второго типа — в 6,5 раза. Как сообщается в European Heart Journal, при диабете первого типа на внезапную сердечную смерть приходилось снижение ожидаемой продолжительности на 3,4 года, при диабете второго типа — на 2,7 года.