Biológiai félvezetők
Korlátlan lehetőségek rejlenek a neuron-szilícium interfészben. A NACHIP segítségével a kutatók megfigyelhetik az agysejtek működését, sőt egyszer talán azt is lehetővé teszi, hogy a számítógépek élő idegsejteket használjanak memóriaként. Az „organikus computerek”, genetikailag működtetett merevlemezek mellett idővel különböző betegségek, rendellenességek kezelésében hatékony, igen bonyolult neurális implantátumokra szintén számíthatunk.
Az új technológia legelső – a fentebbieknél sokkal hamarabb megvalósuló – alkalmazása a gyógyszeriparban várható. A cégek a chippel tesztelhetik a gyógyszerek hatását az idegsejtekre, új kutatási irányokat fedezhetnek fel.
A NACHIP előtti neuron-szilícium interfészek sokkal kevesebb idegsejthez, illetve nem mindig egy-egy sejthez, hanem csoportokhoz kapcsolódtak.
„Számos problémával kellett szembenéznünk” – emlékezik vissza a kezdetekre Stefano Vassanelli, a projektben résztvevő Páduai Egyetem molekuláris biológia professzora. „Két főbb megközelítést alkalmaztunk: a félvezető technológiát és a biológiát.”
Kígyók, patkányok
Az idegsejtek élő szövete és a szilícium között működő interfész kidolgozásával rendkívül nehéz feladatot oldottak meg. A német Infineon mikrochip-gyártó közreműködésével 16384 tranzisztort és több száz kondenzátort helyeztek a mindössze egy négyzetmilliméternyi chipre. A neuronokkal való kapcsolathoz azonban meg kellett találniuk az erre alkalmas anyagokat, illetve finomítaniuk kellett a chip topológiáján.
Az idegsejteket az agyban található speciális proteinekkel kötik a lapkához. A proteinek nemcsak ragasztóként funkcionálnak, hanem a neuronok ionos csatornáit és a félvezető anyagokat úgy kapcsolják össze, hogy az elektromos jelek, impulzusok eljussanak a szilícium chipre. A tranzisztorok rögzítik azokat, miközben idegsejtek ezrei stimulálhatók a kondenzátorokon keresztül, azaz megvalósul a kétirányú kommunikáció.
A kísérleteket kígyóagyból tenyésztett sejtekkel kezdték, majd patkányra váltottak. „Azért nehezebb emlős neuronokkal dolgozni, mert kisebbek és sokkal bonyolultabbak” – magyarázza Vassanelli.
Ki és bekapcsolt gének
A chipet neuronok stimulációjával tesztelték. Ismert idegtudományi technikákkal rögzítették, melyik tüzelt, majd nyomon követték a lapkából jövő jelek útját. Azt a következtetést vonták le, hogy a chip és az interfész további fejlesztésekre szorul, valamint a neuronok stimulációját megkárosításuk nélkül kell kivitelezni. A neuronokkal való, géneket használó kommunikáció szintén megoldandó feladat, a sejtek és a chip közötti kapcsolódás csak úgy lesz szorosabb, erősebb. „A memória a génekből származik, gének nélkül nincs memória, nincsenek számítások” – mutat rá a probléma súlyára Vassanelli.
Az erősebb kapcsolódással a chip szélesebb körben hat: „lehetséges, hogy olyan jelek jöjjenek ki belőle, melyek hatására a neuron megváltoztatja membránját, és egy új gént vesz fel, vagy valamit, ami kikapcsol egyet.” Következő lépésben a gének be- és kikapcsolásával próbálkoznak. A kivitelezéshez az idegsejt-tenyészetet valamilyen vegyülettel kellene kiegészíteni, s akkor máris pontosan kontrollálhatnák, melyik neuron képes génfelvételre, melyik nem.
A többezer összekapcsolt idegsejt feletti kontrollnak ez a szintje tenné lehetővé az új alkalmazásokat, az agyműködés jobb megértését, a számítógépes memória tárolásának eddig nem ismert módjait.
