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日本东北大学的科学家们利用微流体装置创造了实验室培养的神经网络，模拟了自然的大脑活动
日本东北大学（Tohoku University）的科学家们利用微流体装置创造了实验室培养的神经网络，模拟了自然的大脑活动，并使学习和记忆的高级研究成为可能。
“神经元一起放电，连接在一起”这句话概括了人类大脑中神经可塑性的原理。然而，在实验室培养皿中生长的神经元通常不遵守这些规则。相反，人工培养的神经元通常形成随机的、无结构的网络，所有细胞同时放电，无法模仿真实大脑中有组织的、有意义的连接。因此，这些体外模型只能提供有限的关于学习如何在生命系统中发生的见解。
然而，如果我们可以创造出更接近于复制自然大脑行为的体外神经元呢？
日本东北大学（Tohoku University）的一个研究小组朝着这个方向迈出了重要一步。利用微流体装置，他们设计了生物神经网络，其连接模式类似于动物神经系统。这些神经网络表现出复杂的活动动态，并证明了通过重复刺激“重新配置”的能力。这一突破性的发现为研究学习、记忆和神经可塑性的潜在机制提供了一个很有前途的新工具。
研究结果于2024年11月23日在线发表在《Advanced Materials Technologies》杂志上。
在大脑的某些区域，信息被编码并存储为“神经元集合”，或一起放电的神经元群。集合根据来自环境的输入信号而变化，这被认为是我们学习和记忆事物的神经基础。然而，由于其结构复杂，使用动物模型研究这些过程是困难的。
“需要在实验室培养神经元的原因是因为系统要简单得多，”Hideaki Yamamoto（日本东北大学）说，“实验室培养的神经元使科学家能够探索在高度控制的条件下学习和记忆是如何工作的。我们要求这些神经元尽可能接近真实的东西。”
研究小组使用微流控装置——一个带有微小3D结构的小芯片——创建了一个特殊的模型。这个装置可以让神经元连接起来，形成类似于动物神经系统的网络。通过改变连接神经元的微小通道（称为微通道）的大小和形状，研究小组控制了神经元相互作用的强度。
研究人员证明，具有较小微通道的网络可以维持不同的神经元集合。例如，在传统装置中生长的体外神经元往往只表现出一个集合，而那些用较小微通道生长的神经元则表现出多达六个集合。此外，研究小组发现，反复刺激可以调节这些组合，显示出类似神经可塑性的过程，就好像细胞被重新配置一样。
这种微流体技术与体外神经元相结合，可以在未来用于开发更先进的模型，可以模拟特定的大脑功能，如形成和回忆记忆。
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