باحثون يطورون طريقة للشبكات العصبية الاصطناعية للتواصل مع الشبكات العصبية البيولوجية

قام فريق من الباحثين بتطوير طريقة للشبكات العصبية الاصطناعية للتواصل مع الشبكات العصبية البيولوجية. هذا التطور الجديد هو خطوة كبيرة للأمام لأجهزة العلاج العصبي، والتي تحل محل الخلايا العصبية التالفة bằng الدوائر العصبية الاصطناعية.

تعتمد الطريقة الجديدة على تحويل الإشارات الكهربائية الاصطناعية إلى نمط مرئي. ثم يتم استخدام هذا النمط، من خلال التحفيز البصري، لتنسيق الخلايا العصبية البيولوجية.

نشر المقال بعنوان “نحو التواصل في الوقت الفعلي من الشبكات العصبية الاصطناعية إلى الشبكات العصبية البيولوجية عبر التحفيز البصري المنظم” في تقارير علمية.

تكنولوجيا العلاج العصبي

قاد فريقًا دوليًا بقيادة باحث إيكرباسكوا باولو بونيفازي من معهد بيوكروس للبحوث الصحية في بيلباو، إسبانيا، لتطوير تكنولوجيا العلاج العصبي. انضم إليه تيموثي ليفي من معهد العلوم الصناعية، جامعة طوكيو.

أحد أكبر التحديات المحيطة بهذه التكنولوجيا هو أن الخلايا العصبية في المخ دقيقة للغاية عند التواصل. عندما يتعلق الأمر بالشبكات العصبية الكهربائية، فإن الإخراج الكهربائي لا يمكنه استهداف خلايا عصبية محددة.

للتغلب على هذا، قام فريق الباحثين بتحويل الإشارات الكهربائية إلى ضوء.

وفقًا لليفي، “سمحت التطورات في تكنولوجيا التحفيز البصري لنا بالاستهداف الدقيق للخلايا العصبية في منطقة صغيرة جدًا من شبكتنا العصبية البيولوجية.”

التحفيز البصري

التحفيز البصري هو تكنولوجيا تعتمد على البروتينات الحساسة للضوء الموجودة في الطحالب والحيوانات الأخرى. عندما يتم إدخال هذه البروتينات إلى الخلايا العصبية، يمكن توجيه الضوء إلى خلية عصبية لجعلها نشطة أو غير نشطة، حسب نوع البروتين.

استخدم الباحثون بروتينات محددة تم تنشيطها بواسطة الضوء الأزرق في المشروع. الخطوة الأولى كانت تحويل الإخراج الكهربائي للشبكة العصبية الاصطناعية إلى نمط شبيه بالشطرنج يتكون من مربعات زرقاء وسوداء. ثم تم 투影 هذا النمط بواسطة الضوء على مربع بحجم 0.8 × 0.8 ملم من الشبكة العصبية البيولوجية، والتي كانت تنمو في طبق. عندما حدث ذلك، تم تنشيط الخلايا العصبية فقط التي ضربها الضوء القادم من المربعات الزرقاء.

https://www.youtube.com/watch?time_continue=14&v=W1qVGz4fpiU&feature=emb_title

تنتج النشاط المتزامن في الخلايا العصبية المزرعة دائمًا عند حدوث نشاط تلقائي. هذا يؤدي إلى نوع من الإيقاع يعتمد على كيفية连接 الخلايا العصبية، وأنواع الخلايا العصبية، وكيفية تعلمها وتغييرها.

“مفتاح نجاحنا”، يقول ليفي، “كان فهم أن إيقاعات الخلايا العصبية الاصطناعية يجب أن تتطابق مع إيقاعات الخلايا العصبية الحقيقية. بمجرد أن كنا قادرين على القيام بذلك، تمكنت الشبكة البيولوجية من الاستجابة ل”الملوديات” المرسلة بواسطة الشبكة الاصطناعية. النتائج الأولية التي تم الحصول عليها خلال مشروع Brainbow الأوروبي، ساعدتنا على تصميم هذه الخلايا العصبية الاصطناعية الحيوية.”

في النهاية، وجد الباحثون أفضل تطابق بعد أن تم ضبط الشبكة العصبية الاصطناعية إلى إيقاعات مختلفة، وتمكنت من تحديد التغييرات في الإيقاعات العالمية للشبكة البيولوجية.

“تضمين التحفيز البصري في النظام هو تقدم نحو الواقعية”، يقول ليفي. “سوف يسمح للأجهزة البيولوجية المستقبلية بالتواصل مع أنواع معينة من الخلايا العصبية أو داخل الدوائر العصبية المحددة.”

يمكن أن تحل الأجهزة العلاجية المستقبلية التي يتم تطويرها مع هذا النظام محل الدوائر العصبية التالفة. كما يمكنها استعادة التواصل بين مناطق مختلفة من المخ. كل هذا يمكن أن يؤدي إلى جيل رائع من الأجهزة العلاجية العصبية.