Нейропротезы на мемристорах позволят предотвращать приступы эпилепсии и заменять повреждённые участки мозга
Впервые с помощью искусственного синапса на основе мемристора удалось обработать сигнал клеток гиппокампа. Синапс-мемристор ответил на электрическую активность живых нейронов, проявив синаптическую пластичность.
«В экспериментах in vitro мы показали, что мемристор отвечает на нейросигналы как часть живой системы. Испытания на клетках здорового и эпилептического мозга доказали, что устройство может распознавать эпилептические сигналы и, в перспективе, блокировать их. Мы можем плавно регулировать проводимость мемристора для передачи нормального нейросигнала и подавления вспышек эпилепсии», – рассказала автор исследования, научный сотрудник лаборатории стохастических мультистабильных систем ННГУ им. Н.И. Лобачевского Мария Коряжкина .
«Разработка электронной компонентной базы на новых физических принципах способствует развитию нового поколения нейропротезивных и нейромодулирующих устройств. В этом проекте мы продемонстрировали новый подход к моделированию эпилептической активности в экспериментах in vitro и показали базовые принципы работы мемристивных нейропротезов на клеточно-сетевом уровне», – сообщила соавтор исследования, старший научный сотрудник НИИ нейронаук Университета Лобачевского Альбина Лебедева .
Мемристоры способны выполнять функции и нейронов, и синапсов: генерировать, обрабатывать и хранить информацию. Новые микроэлектронные элементы позволят усовершенствовать известные нейропротезы, сделать их более дешёвыми, быстрыми и энергоэффективными. Нейропротезы на мемристорах также будут миниатюрными, что важно для применения в медицинской практике.
«Нейроны обмениваются аналоговыми сигналами. В традиционной микроэлектронике их можно смоделировать с помощью транзисторов, усилителей и других стандартных компонентов. Получатся объёмные системы с высоким энергопотреблением и низкой скоростью работы. Мемристоры за счёт своей универсальности сделают схемы нейропротезов значительно производительнее, точнее и проще», – прокомментировала Мария Коряжкина .
В исследовании были использованы мемристоры на основе стабилизированного диоксида циркония, созданные в лаборатории мемристорной наноэлектроники ННГУ им. Н.И. Лобачевского.
Проект реализован учёными лаборатории мемристорной наноэлектроники Научно-образовательного центра «Физика твердотельных наноструктур» и НИИ нейронаук ННГУ при поддержке РНФ .
Результаты опубликованы в высокорейтинговом журнале Chaos, Solitons & Fractals в 2025 году.
