Впервые с помощью искусственного синапса на основе мемристора исследователям Нижегородского университета имени Н.И. Лобачевского удалось обработать сигнал клеток гиппокампа. Синапс-мемристор ответил на электрическую активность живых нейронов, проявив синаптическую пластичность. Результаты опубликованы в журнале Chaos, Solitons & Fractals.
«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 vitroи 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.
Текст: пресс-служба ННГУ
Koryazhkina, M. N., Lebedeva, A. V., Pakhomova, D. D., Antonov, I. N., Razin, V. V., Budylina, E. D., Belov, A. I., Mikhaylov, A. N., & Konakov, A. A. (2025). Investigation of in vitro neuronal activity processing using a CMOS-integrated ZrO2(Y)-based memristive crossbar. Chaos, Solitons & Fractals, 191, 115959. https://doi.org/10.1016/j.chaos.2024.115959