Окумуштуулар жасалма сезүү нерв системасын иштеп чыгышты, ал адамдын денесине окшош маалыматты иштете алат жана ал протездик буттарга тийүү сезимин эффективдүү бере алат
Денебиздин эң чоң органы болгон терибиз дагы эң маанилүүсү, анткени ал бүт денебизди камтыйт, дененин температурасын көзөмөлдөйт жана бизди күн, анормалдуу температура, микробдор сыяктуу зыяндуу тышкы факторлордон коргойт. Терибиз укмуштуудай чоюлуп, өзүн оңдой алат. Тери да маанилүү, анткени ал бизге тийүү сезимин берет, ал аркылуу биз чечим кабыл алабыз. Тери биз үчүн татаал сезүү жана сигнал системасы болуп саналат.
Science журналында жарыяланган изилдөөдө Стэнфорд университетинин жана Сеул улуттук университетинин профессору Женан Бао жетектеген изилдөөчүлөр жасалма сезүү нерв системасын иштеп чыгышты, бул сезүүнү калыбына келтирип, кадимки тери каптамасы сыяктуу иштей турган протездик буттар үчүн "жасалма тери" түзүүгө карай чоң кадам болушу мүмкүн. Бул изилдөөнүн татаал жагы бир нече уникалдуу касиетке ээ болгон терибизди кантип натыйжалуу туурай алуу болду. Тууралоо эң кыйын болгон өзгөчөлүк - бул терибиздин акылдуу сезүү тармагы сыяктуу иштеши, ал алгач мээге сезимдерди өткөрүп берет жана ошондой эле булчуңдарыбызга рефлекс аркылуу реакция кылып, тез чечим кабыл алууга буйрук берет. Мисалы, таптоо чыканак булчуңдарынын чоюлушуна алып келет, ал эми булчуңдардагы сенсорлор нейрон аркылуу мээге импульс жөнөтөт. Андан кийин нейрон тиешелүү синапстарга бир катар сигналдарды жөнөтөт. Денебиздеги синаптикалык тармак булчуңдардын күтүүсүз чоюлуш схемасын таанып, бир эле учурда эки сигнал жөнөтөт. Бир сигнал чыканак булчуңдарынын рефлекс катары жыйрылышына алып келет, ал эми экинчи сигнал бул сезим жөнүндө маалымат берүү үчүн мээге барат. Бул окуянын бүт ырааттуулугу дээрлик бир секунданын ичинде болот. Нейрон тармагындагы бардык функционалдык элементтерди камтыган бул татаал биологиялык сезүү нерв системаларын туурап жасоо дагы эле кыйын бойдон калууда.
Уникалдуу сезүү нерв системасы чыныгыны "туураган"
Изилдөөчүлөр адамдын нерв системасынын иштешин кайталай турган уникалдуу сенсордук эч качан системасын түзүштү. Изилдөөчүлөр тарабынан иштелип чыккан "жасалма нерв чынжыры" үч компонентти бир нече сантиметр өлчөмүндөгү жалпак, ийкемдүү баракка бириктирет. Бул компоненттер мурда өз-өзүнчө сүрөттөлгөн. Биринчи компонент - күчтөрдү жана басымды (ал тургай миниатюраларын) аныктай алган сенсордук сенсор . Бул сенсор ( органикалык полимерлерден, көмүртек нанотүтүкчөлөрүнөн жана алтын электроддордон жасалган) экинчи компонент, ийкемдүү электрондук нейрон аркылуу сигналдарды жөнөтөт. Бул эки компонент тең мурда ошол эле изилдөөчүлөр тарабынан иштелип чыккан нерсенин жакшыртылган жана жакшыртылган версиялары. Бул эки компонент аркылуу түзүлгөн жана өткөрүлгөн сенсордук сигналдар үчүнчү компонентке, мээдеги адамдын синапстары сыяктуу моделделген жасалма синаптикалык транзисторго жеткирилет. Бул үч компоненттин баары бирдиктүү иштеши керек жана акыркы функцияны көрсөтүү эң татаал аспект болгон. Чыныгы биологиялык синапстар чечим кабыл алуу үчүн талап кылынган сигналдарды өткөрүп берет жана маалыматты сактайт. Бул синаптикалык транзистор жасалма нерв чынжырын колдонуп, синаптикалык транзисторго электрондук сигналдарды жеткирүү менен бул функцияларды "аткарат". Ошондуктан, бул жасалма система аз кубаттуулуктагы сигналдардын интенсивдүүлүгүнө жана жыштыгына жараша сенсордук киргизүүлөрдү таанууну жана аларга реакция кылууну үйрөнөт, дал тирүү денеде биологиялык синапс кандай болсо, ошондой болот. Бул изилдөөнүн жаңылыгы, мурда белгилүү болгон бул үч өзүнчө компонент биринчи жолу ийгиликтүү интеграцияланып, бирдиктүү системаны камсыз кылгандыгында.
Окумуштуулар бул системанын рефлекстерди жана тийүүнү сезүү жөндөмүн сынашкан. Бир экспериментте алар таракандын бутуна жасалма нервдерин жабышты жана тийүү сенсоруна бир аз кысым көрсөтүштү. Электрондук нейрон сенсордун сигналын санариптик сигналга айландырды жана аларды синаптикалык транзистор аркылуу өткөрдү. Бул тийүү сенсорунун басымынын жогорулашына же азайышына жараша таракандын буту титиреп калган. Ошентип, бул жасалма орнотуу, албетте, булчуң рефлексин иштетти. Экинчи экспериментте изилдөөчүлөр жасалма нервдин Брайл тамгаларын айырмалай алуу менен ар кандай тийүү сезимдерин аныктоо жөндөмүн көрсөтүштү. Дагы бир сыноодо алар цилиндрди сенсордун үстүнөн ар кайсы тарапка жылдырып, кыймылдын так багытын так аныктай алышкан. Ошентип, бул аппарат объектти таанууну жана текстураны таануу, брайль шрифтин окуу жана объекттердин четтерин айырмалоо сыяктуу тактильдик маалыматты жакшы иштетүүнү жакшыртат.
Жасалма сезгич нерв системасынын келечеги
Бул жасалма нерв технологиясы абдан алгачкы этапта жана талап кылынган татаалдык деңгээлине жете элек, бирок жасалма тери жабууларын түзүү үчүн чоң үмүт берди. Мындай "жабуулар" ошондой эле жылуулукту, титирөөнү, басымды жана башка күчтөрдү жана сезимдерди аныктоо үчүн түзүлүштөрдү талап кылары анык. Алар ийкемдүү схемаларга кирүү жөндөмүнө ээ болушу керек, ошондуктан алар мээ менен эффективдүү байланыша алышат. Биздин терибизди туураш үчүн, аппарат аны туруктуураак жана ишенимдүүрөөк кылуу үчүн көбүрөөк интеграцияга жана функцияга ээ болушу керек.
Бул жасалма нерв технологиясы протездөө жана ампутацияланган адамдардын сезимдерин калыбына келтирүү үчүн пайдалуу болушу мүмкүн. Протездик түзүлүштөр 3D басып чыгаруу технологиясы жеткиликтүү жана робототехника системалары менен жыл ичинде бир топ жакшырды. Бул жаңыртууларга карабастан, бүгүнкү күндө колдо болгон көпчүлүк протездик аппараттар өтө одоно түрдө башкарууга туура келет, анткени алар адамдын нерв системасынын татаалдыктарын камтыбагандыктан, мээ менен жакшы канааттандырарлык интерфейсти камсыз кыла албайт. Аппарат пикир билдирбейт, ошондуктан пациент өзүн абдан нааразы сезет жана эртеби-кечпи аларды жокко чыгарат. Мындай жасалма нерв технологиясы протездерге ийгиликтүү киргизилгенде колдонуучуларга тийүү маалыматын жеткирип, бейтаптарды жакшыраак тажрыйба менен камсыз кылууга жардам берет. Бул аппарат рефлекс жана тийүү сезимин берүү менен ар кандай колдонмолор үчүн териге окшош сенсордук нейрондук тармактарды жасоодо чоң кадам болуп саналат.
***
Булагы (с)
Йонгин К жана башкалар. 2018. Биологиялык жактан шыктанган ийкемдүү органикалык жасалма афференттик нерв. Илим . https://doi.org/10.1126/science.aao0098
***
