科學家在芯片上搭建神經元電路

　　研究人腦神經網絡的通訊和協調運作，是現代神經科學領域最大的挑戰之一。據美國物理學家組織網7月13日（北京時間）報道，最近，以色列特拉維夫大學電力工程學院開發出一種新型芯片實驗室平臺，利用先進材料和組織工程技術將神經元和電子學結合起來，研究腦神經網絡的工作原理。研究論文發表在最新一期《科學公共圖書館·綜合》上。

　　以色列特拉維夫大學電力工程學院博士生馬克·史恩說，計算機的邏輯運算建立在人類邏輯的基礎上，但計算機的信息處理過程能分解成單個邏輯步驟，而人腦的信息處理過程卻不可以。人腦由大量的電路互相連接而成，腦電路工作就像在編碼，我們可以通過簡化腦神經網絡，控制細胞之間的連接，來研究人腦邏輯。

　　研究人員利用電極和活的神經細胞連接成一種特殊結構，讓其在培養皿中生成各種大小不同的神經網絡和網絡群，并通過一種芯片實驗室技術，在芯片上激活神經元電路，觀察神經網絡在不同化學信號和外部條件下的反應。

　　通過施加外部刺激，如一道亮光，研究人員能監控視覺神經元的反應。“我們認為這一過程采取了編碼策略。”史恩說，相對簡單的神經“點亮”方式能被耳朵、眼睛等感官接受，但對更復雜的過程，如“思想”過程或不同的感受器官同時輸入、輸出，基本還是個黑箱。

　　研究單個神經元的活動還難以理解整個神經網絡的功能，史恩和導師約爾·漢恩教授、物理與天文學院的埃希爾·本-雅可布教授進一步對更大的神經網絡電路進行了觀察，以尋找大腦信息編碼的基本元素。他們利用納米技術系統工具，同時探測多個神經元的活動方式，特別探測了在大量神經會合的節點處多個神經群之間的溝通聯系。

　　他們在觀察這些神經群的時候發現，這些神經群的反應是只憑單個神經元無法預測的，這表示神經網絡有一個等級結構，大網絡由更小的次級網絡構成。研究人員解釋說，一個神經群要能支持神經網絡的活動，并與其他群互相通訊，這最少需要40個神經元，才能完成其在功能網絡中的各種任務。

　　研究人員還表示，他們開發的工具也可以用來測試新藥，或作為一種先進的人工智能，并幫助連接大腦和人造義肢。