关于组织工程或生物医学应用的神经回路训练，一项新研究提出了一个关键参数：训练它们年轻。训练工程神经回路的技术通常包括在细胞完全成熟后对其进行训练。伊利诺伊大学厄本那香槟分校的研究人员使用源自小鼠干细胞的光敏神经元，在整个早期细胞发育和网络形成过程中对其进行训练，从而导致所得神经网络的连接，响应能力和基因表达得到持久改善。他们的研究结果发表在《科学报告》杂志上。

该研究的第一作者，研究生吉尔森·帕根·迪亚兹(Gelson Pagan-Diaz)说：“这就像一只老狗在学习新花样，而不是一只年轻的小狗。” “当我们训练网络时，如果我们仍像小狗一样刺激它，与已经成熟的网络相比，我们可以对训练做出更好的反应。”

改进的神经训练在生物工程和再生医学中有许多应用。例如，伊利诺伊州的研究小组希望使用受过训练的神经回路来控制微型生物混合机的运动和行为。早期培训所产生的改进类型可以使机器和电路具有更多功能，并为研究人员提供对这些功能的更精确控制。

生物工程学教授拉希德·巴希尔(Rashid Bashir)表示：“随着我们发展具有活细胞的机器的领域，能够在光的发育早期刺激并编程神经元细胞和网络可能是我们工程库中的重要工具。”伊利诺伊州Grainger工程学院院长。“此外，这项工作可能会对发育生物学，再生医学和大脑研究产生影响。”

为了训练神经元，研究人员使用定时的光脉冲来刺激细胞。研究人员在细胞发育初期就开始了训练方案，即称为胚状体的干细胞簇准备成为运动神经元。他们在细胞分化时继续训练，成为完全成熟的神经元，并在将细胞转移到板上以连接并形成神经回路后进一步继续训练。

然后，他们将受过早期训练的电路与先培养然后再进行训练的电路(通常的方法)进行了比较。

帕根·迪亚兹(Pagan-Diaz)说，研究人员发现了两组之间的许多差异。在发育过程中受过训练的神经元中，他们看到更多的延伸表明细胞之间的连接，细胞之间发送的神经递质包装的增加以及结构化的神经激发，表明网络稳定性更高。早期训练的效果是持久的，而后期训练的细胞则倾向于具有短暂的反应。

Pagan-Diaz说：“您可以认为神经元就像训练中的运动员。” “光刺激就像对神经元的定期锻炼一样，它们更强壮，更有运动能力，并且做得更好。”

为了确定这些变化的基础，研究人员分析了神经元的遗传活性。他们观察到与网络成熟和神经功能有关的基因的基因表达增加，这表明随着细胞的发育，早期训练可能永久改变了遗传途径。

研究人员正在继续探索通过在胚状体阶段进行早期神经元训练可以增强或编程哪些活动。胚状体可能是生物机器有用的组成部分，帕根-迪亚兹说，也为再生医学带来了希望。

Pagan-Diaz说：“先前的研究表明，将具有运动神经元的类胚体植入受伤的小鼠中可以改善组织的再生。” “如果我们能够在将这些类胚体放入受伤的模型之前改善或增强它们的功能，那么从理论上讲，我们可以通过注射它们并随后进行刺激来增强其回收率。”