बायोइलेक्ट्रॉनिक डिवाइस अभूतपूर्व नियंत्रण हासिल करता है

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बायोइलेक्ट्रॉनिक डिवाइस अभूतपूर्व नियंत्रण हासिल करता है

एक प्रभावशाली अवधारणा-प्रदर्शन प्रदर्शन में, वैज्ञानिकों की एक मध्यवर्ती टीम ने एक यांत्रिक शिक्षण तंत्र द्वारा संचालित एक बायोइलेक्ट्रॉनिक प्रणाली विकसित की है जो कोशिकाओं में झिल्ली वोल्टेज को बदल सकती है और इसे 10 घंटे के लिए एक विशिष्ट स्थान पर बनाए रख सकती है।

प्रत्येक कोशिका कोशिका झिल्ली में एक वोल्टेज बनाए रखती है, जो कोशिका के अंदर और बाहर आवेशित आयनों की सांद्रता में अंतर का परिणाम है। यह वोल्टेज, जिसे झिल्ली ऊर्जा या विश्राम क्षमता कहा जाता है, कोशिका झिल्ली में आयन चैनलों द्वारा नियंत्रित होता है और कोशिका शरीर क्रिया विज्ञान और प्रसार और विभेदन जैसे कार्यों में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

सेल इलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा कोशिकाओं को नियंत्रित करना मुश्किल होता है, जटिल तरीके जिसमें कोशिकाएं अपने वातावरण में परिवर्तन का जवाब देती हैं और प्राकृतिक स्व-विनियमन प्रतिक्रिया प्रक्रिया को होमियोस्टेसिस के रूप में जाना जाता है। कोशिकाएं निरंतर झिल्ली वोल्टेज बनाए रखने के लिए आयन आंदोलनों को नियंत्रित करती हैं, इसलिए शोधकर्ताओं को एक ऐसी प्रणाली बनानी पड़ी जो इस प्राकृतिक प्रतिक्रिया का सामना कर सके।

“जैविक प्रतिक्रिया प्रणाली जीवन के लिए मौलिक हैं, और उनकी खराबी अक्सर बीमारी में शामिल होती है। यह काम दर्शाता है कि इस प्रतिक्रिया को मशीन लर्निंग द्वारा सक्रिय बायोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के संयोजन का उपयोग करके संशोधित किया जा सकता है और इसके कार्य को बहाल कर सकता है,” प्रोफेसर मार्को रोलैंडी ने कहा। और यूसी सांताक्रूज बास्किन स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग में इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग के प्रमुख।

रोलांडी 24 सितंबर के अंक में प्रकाशित इस काम का वर्णन करने वाले पेपर के वरिष्ठ संबंधित लेखक हैं। उन्नत खुफिया प्रणाली. परियोजना को चलाने में मदद करने वाले अन्य लेखकों में मार्सेला गोमेज़, यूसी सांताक्रूज के अनुप्रयुक्त गणित के सहायक प्रोफेसर और माइकल लेविन, सेंटर फॉर डेफने सेंटर फॉर रिप्रोडक्टिव एंड डेवलपमेंटल बायोलॉजी के निदेशक और हार्वर्ड विश्वविद्यालय में वाइज के सह-संपादक थे।

शोधकर्ताओं ने एक प्रणाली विकसित की है जिसमें जैव-इलेक्ट्रॉनिक प्रोटॉन पंपों की एक श्रृंखला शामिल है जो संवर्धित मानव स्टेम कोशिकाओं के करीब एक समाधान से हाइड्रोजन आयनों को जोड़ते या हटाते हैं। कोशिका झिल्ली में फ्लोरोसेंट प्रोटीन को व्यक्त करने के लिए कोशिकाओं को आनुवंशिक रूप से संशोधित किया जाता है, जो झिल्ली वोल्टेज परिवर्तनों का जवाब देता है। सिस्टम को एक मैकेनिकल लर्निंग मैकेनिज्म द्वारा नियंत्रित किया जाता है जो मॉनिटर करता है कि प्रोटॉन पंप से उत्तेजना के लिए झिल्ली वोल्टेज कैसे प्रतिक्रिया करता है।

“यह एक बंद लूप सिस्टम है जो कोशिकाओं के व्यवहार को रिकॉर्ड करता है, यह निर्धारित करता है कि प्रोटॉन पंपों का उपयोग करने के लिए कौन सा हस्तक्षेप करना है, यह देखता है कि कोशिकाएं कैसे प्रतिक्रिया करती हैं, और फिर झिल्ली वोल्टेज स्तर तक पहुंचने और बनाए रखने के लिए आवश्यक अगले हस्तक्षेप को निर्धारित करती है,” रोलैंडी ने समझाया।

मशीन लर्निंग एल्गोरिथम विकसित करने वाले गोमेज़ ने कहा कि एल्गोरिथम किसी भी डेटा पर पहले से प्रशिक्षित नहीं था और सिस्टम के मॉडल पर भरोसा नहीं करता था। इसके बजाय, “सीखना” वास्तविक समय में होता है क्योंकि तंत्रिका नेटवर्क झिल्ली वोल्टेज की वर्तमान स्थिति के बारे में इनपुट का जवाब देती है।

गोम्स ने कहा, “जीव विज्ञान की अनुकूली प्रकृति – यानी बाहरी उत्तेजनाओं के प्रति अपनी प्रतिक्रिया को बदलने के लिए कोशिकाओं की क्षमता – मानक मॉडल और पिछली जानकारी अप्रचलित हो जाने पर नियंत्रण के लिए एक अनुकूली दृष्टिकोण की मांग करती है।”

चूंकि स्टेम सेल की झिल्ली वोल्टेज परिपक्व, विशिष्ट कोशिकाओं से भिन्न होती है, शोधकर्ता स्टेम सेल के विशिष्ट सेल प्रकारों में भेदभाव को प्रेरित करने और निर्देशित करने में रुचि रखते हैं। हालांकि, उन्होंने इस साक्ष्य-आधारित अध्ययन में स्पष्ट रूप से सेल अंतर नहीं देखा।

अधिक विस्तार से, एक बंद लूप बायोहाइब्रिड सिस्टम में बायोइलेक्ट्रॉनिक्स और मशीन लर्निंग के संयोजन में पुनर्योजी चिकित्सा और सिंथेटिक जीव विज्ञान में कई संभावित अनुप्रयोग हैं, रोलैंडी ने कहा। उन्होंने नोट किया कि इस अध्ययन के परिणाम “स्मार्ट बैंडेज” बनाने के लिए एक प्रमुख प्रयास पर टीम के काम को उजागर करेंगे जो घाव पुनर्जनन पर बायोइलेक्ट्रॉनिक बुद्धिमान नियंत्रण प्रदान करता है।

“यह अध्ययन जीवन के कार्यों को नियंत्रित करने के लिए बायोइलेक्ट्रॉनिक और मशीन लर्निंग के उपयोग की अवधारणा के लिए एक महत्वपूर्ण सबूत है,” उन्होंने कहा।

इस शोध को डिफेंस एडवांस्ड रिसर्च प्रोजेक्ट एजेंसी (DARPA) द्वारा वित्त पोषित किया गया था।

कहानी स्रोत:

अवयव प्रदान की कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय – सांता क्रूज़. मूल टिम स्टीफेंस द्वारा लिखा गया था। नोट: सामग्री को शैली और लंबाई के लिए संपादित किया जा सकता है।

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Source by www.sciencedaily.com

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