这项生物工程的进展发现了一种方法，可以使实验室培养的神经元表现得类似于实际大脑中的神经元。
“一起发射的神经元会一起连接”的说法捕捉了人脑神经可塑性的概念，但实验室培养的神经元似乎忽视了这些原则。体外生长的神经元创造了随机的、无意义的连接并同时工作。因此，它们不能准确模仿真实大脑的学习过程，这限制了我们从中获得的见解。
但是，如果我们能够工程化体外神经元，使其行为更像它们的自然对应物呢？
东北大学的研究小组利用微流体设备重建生物神经网络，这些网络表现出与动物神经系统相似的连接性。他们的研究结果表明，这些网络显示出复杂的活动模式，可以通过重复刺激进行“重配置”。这一重要发现为科学家们提供了新的工具，以研究学习和记忆。
研究结果已于2024年11月23日在《先进材料技术》在线发表。
在大脑的特定区域，信息以“神经元集合”的形式组织和存储，这些集合是一起激活的神经元群。这些集合会根据环境信号发生变化，形成我们学习和记忆过程的神经基础。然而，在动物模型中探索这些现象由于其复杂结构带来了挑战。
东北大学的山本英明表示：“在实验室中培养神经元的必要性来源于这些系统的简单性。实验室培养的神经元使研究人员能够在高度受控的环境中研究学习和记忆。这些神经元与真实神经元的相似性至关重要。”
研究小组利用微流体设备开发了一种独特的模型，这是一种具有微小三维结构的小芯片。该设备促进了神经元之间的连接和网络形成，这些网络非常类似于动物神经系统中的神经元。通过调整连接神经元的小通道（称为微通道）的大小和形状，研究人员可以控制它们之间的互动水平。
研究人员发现，利用较小微通道的网络能够维持不同的神经元集合。例如，在传统设备上生长的体外神经元通常仅显示一个集合，而在较小微通道中培养的神经元则展示多达六个集合。此外，他们观察到重复刺激可以改变这些集合，表明一种类似于神经可塑性的过程，仿佛这些神经元正在被重新组织。
这种微流体技术与体外神经元的结合可能导致开发出更复杂的模型，以复制特定的脑功能，例如记忆形成和回忆的过程。
