Ученые придумали, как заменить поврежденные нервные клетки чипами

Помните известное утверждение о том, что нервные клетки не восстанавливаются? Можете его забыть. Во-первых, не так давно ученые выяснили, что это неправда и клетки нервной ткани регенерируются точно так же, как все остальные. А во-вторых, есть все предпосылки к тому, что в обозримом будущем нервные клетки можно будет выборочно заменять электронными аналогами. Николай Гринько – о новой технологии.

Фото: depositphotos/klss777

Английские исследователи из Университета Бата создали небольшой чип размером 5×5 миллиметров, который способен имитировать работу нервных клеток. Предназначение разработки – замена нейронов гиппокампа, а также нейронов, ответственных за процесс дыхания. В будущем ученые планируют применять такие чипы при восстановлении функционирования спинного мозга и для излечения сердечной недостаточности. Устройства будут передавать нервные импульсы в мозг и обратно.

Самое удивительное, что наука до сих пор не представляет, как именно функционируют нейроны. Нервная ткань распространена по всему организму человека, из нее состоят головной и спинной мозг. Каждый нейрон – это клетка с узкой специализацией, предназначенная для приема, обработки, хранения и передачи информации с помощью электрических и химических сигналов. Нейроны соединяются между собой длинными выростами – дендритами – и образуют обширные нейронные сети. Но какие именно механизмы работают внутри клетки, как она обрабатывает информацию, ученые до сих пор не представляют; имеется лишь множество теорий различной степени правдоподобности.

Существует философский мысленный эксперимент под названием "китайская комната". Представьте себе закрытую комнату, в которой находится человек. Через щель почтового ящика в комнату вбрасывают карточки с вопросами на китайском языке. Человек не знает китайского, не умеет читать иероглифы, однако у него есть множество подробных инструкций: "если в вопросе есть иероглиф № 1, впишите в ответ иероглиф № 2" и так далее. Инструкции не объясняют значения иероглифов, однако, четко следуя инструкциям, человек в комнате сможет выдавать полноценные ответы на китайском языке, не зная его.

Фото: University of Bath

Исследователи Университета Бата отнеслись к нейрону как к "китайской комнате". Они изучили нервную клетку мозга мыши, подавая на нее множество электрических сигналов, а затем подробно записали ее реакцию. Всего было подано 60 вариантов входящего сигнала и зафиксировано 60 вариантов ответа. Как и почему нейрон формирует ответный сигнал – никто не знает, но последовательности всегда одинаковые. Ученые записали их, а затем запрограммировали чип реагировать на входящие электроимпульсы точно таким же образом.

Для исследования были выбраны клетки памяти ("нейроны гиппокампа") и те, которые отвечают за управление легкими ("нейроны дыхания"). Перенеся функционал клетки на чип, исследователи обнаружили, что теперь процессор можно соединить ионными каналами с живыми клетками и он может функционировать, полностью заменяя реальный нейрон. В теории это означает, что со временем, научившись делать более компактные чипы, можно будет заменять ими поврежденные клетки нервной ткани, восстанавливая функционал всей системы.

Мы попытались представить себе, какого размера нужно построить нейронную сеть, чтобы она могла имитировать работу человеческого мозга. Площадь каждого чипа – примерно 0,25 квадратного сантиметра. В мозге человека, по разным подсчетам, от 80 до 100 миллиардов нейронов. Умножаем эти данные и получаем результат: если выложить требующиеся чипы на плоскости, получится поле площадью около 2,5 квадратного километра.

Однако нужно учесть, что искусственная нейронная сеть такого размера будет потреблять невероятное количество энергии. В ближайшее время человечество вряд ли сможет обеспечить питание столь масштабному проекту. А во-вторых, разработанные чипы обучены реагировать только на 60 разновидностей входящих сигналов, а что-то нам подсказывает, что у реальных нервных клеток таких вариантов на несколько порядков больше.

Так что в ближайшие пару десятков лет мы совершенно точно не увидим мыслящие небоскребы.

Хотя...