Inteligencia artificial
Investigadores desarrollan método para que redes neuronales artificiales se comuniquen con redes biológicas
Un grupo de investigadores ha desarrollado una forma para que las redes neuronales artificiales se comuniquen con las redes neuronales biológicas. El nuevo desarrollo es un gran paso adelante para los dispositivos neuroprotésicos, que reemplazan las neuronas dañadas con circuitos neuronales artificiales.
El nuevo método se basa en la conversión de señales de picos eléctricos artificiales en un patrón visual. Eso luego se usa, a través de la estimulación optogenética, para entrenar las neuronas biológicas.
El artículo titulado “Hacia la comunicación neuroprotésica en tiempo real desde in silico a la red neuronal biológica a través de la estimulación optogenética modelada"Fue publicado en Informes Científicos.
Tecnología neuroprotésica
Un equipo internacional dirigido por el investigador Ikerbasque Paolo Bonifazi del Instituto de Investigación Sanitaria Biocruces en Bilbao, España, se propuso crear una tecnología neuroprótesis. A él se unió Timothée Levi del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio.
Uno de los mayores desafíos que rodean a esta tecnología es que las neuronas del cerebro son extremadamente precisas cuando se comunican. Cuando se trata de redes neuronales eléctricas, la salida eléctrica no es capaz de dirigirse a neuronas específicas.
Para evitar esto, el equipo de investigadores convirtió las señales eléctricas en luz.
Según Levi, "los avances en la tecnología optogenética nos permitieron apuntar con precisión a las neuronas en un área muy pequeña de nuestra red neuronal biológica".
Optogenética
La optogenética es una tecnología que se basa en las proteínas sensibles a la luz que se encuentran en las algas y otros animales. Cuando estas proteínas se insertan en las neuronas, se puede iluminar una neurona para activarla o desactivarla, según el tipo de proteína.
Los investigadores utilizaron proteínas específicas que fueron activadas por la luz azul en el proyecto. El primer paso fue convertir la salida eléctrica de la red neuronal en un patrón de cuadros formado por cuadrados azules y negros. Luego, este patrón fue proyectado por la luz sobre un cuadrado de 0.8 por 0.8 mm de la red neuronal biológica, que crecía en un plato. Cuando esto sucedió, solo se activaron las neuronas golpeadas por la luz proveniente de los cuadrados azules.
La actividad sincrónica se produce en neuronas cultivadas siempre que haya actividad espontánea. Esto da como resultado un tipo de ritmo que se basa en la forma en que las neuronas están conectadas entre sí, los diferentes tipos de neuronas y cómo se adaptan y cambian.
“La clave de nuestro éxito”, dice Levi, “fue comprender que los ritmos de las neuronas artificiales tenían que coincidir con los de las neuronas reales. Una vez que pudimos hacer esto, la red biológica pudo responder a las "melodías" enviadas por la artificial. Los resultados preliminares obtenidos durante el proyecto europeo Brainbow nos ayudan a diseñar estas neuronas artificiales biomiméticas”.
Los investigadores finalmente encontraron la mejor combinación después de que la red neuronal artificial se sintonizó con diferentes ritmos, y pudieron identificar cambios en los ritmos globales de la red biológica.
“Incorporar la optogenética al sistema es un avance hacia la practicidad”, dice Levi. “Permitirá que futuros dispositivos biomiméticos se comuniquen con tipos específicos de neuronas o dentro de circuitos neuronales específicos”.
Los futuros dispositivos protésicos que se desarrollen con el sistema podrían reemplazar los circuitos cerebrales dañados. También podrían restaurar la comunicación entre diferentes regiones del cerebro. Todo esto podría conducir a una generación extremadamente impresionante de neuroprótesis.
