image: Model robotic hand with artificial mechanoreceptors. view more
Credit: Bao Research Group, Stanford University
研究者らは柔軟性に富んだ有機回路と特殊な圧力センサーを用いて静止物体の力を感知できる人工の「皮膚」を開発し、さらに、光遺伝学を利用してこれらの感覚信号をin vitroでマウスの脳細胞に伝達することに成功した。このようなシステムによって、いつの日か、人工装具を使用して生活している世界中の多くの人々が義肢で様々な刺激を感じ取れるようになると考えられる。この人工皮膚を作るためにBenjamin Teeらは特殊な回路を開発した。それは機械的な力のかかり具合によって電気抵抗を変化させる電圧機構の素子をとおして静圧をデジタル信号に変換する回路である。特に困難であったのは人間が感知できるのと同じ範囲の圧力を感知できるセンサーの開発であった。そこでTeeらは、そのセンサーにピラミッド型の微細構造に成形したカーボン・ナノチューブを使った。これは隣接する物体の電場からの信号を受信側の電極に感度を最大化して伝えるのに特に有効である。人工皮膚からのデジタル信号を伝えてマウスの皮質ニューロンを刺激することももう一つの課題であった。というのも、従来の光活性化タンパク質（光遺伝学の知識を利用して作製したタンパク質）ではこれらのデジタル信号を感知するに十分な時間、ニューロンのスパイクを起こせないのである。そこでTeeらはより長い時間の刺激に対応できる新しいタンパク質を作製した。新たに作製したこれらのタンパク質をインビトロでマウスの体性感覚皮質の急速発火する介在ニューロンに適用することで刺激の時間を十分に長くし、それによって、デジタル刺激パルスに従ってニューロンを発火させることができた。これらの研究結果により、このシステムが末梢神経などの急速発火する他のニューロンに適合し得ることが示された。
Article #12: "A skin-inspired organic digital mechanoreceptor," by B.C.K. Tee; A. Chortos; A. Berndt; A.K. Nguyen; A. Tom; A. McGuire; Z.C. Lin; K. Tien; W.-G. Bae; H. Wang; H.-H. Chou; B. Cui; K. Deisseroth; Z. Bao at Stanford University in Stanford, CA; P. Mei; T.N. Ng at Xerox Palo Alto Research Center in Palo Alto, CA.
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Science