Peneliti Mengembangkan Metode untuk Jaringan Saraf Tiruan Berkomunikasi dengan Jaringan Saraf Biologis

Sebuah tim peneliti telah mengembangkan cara untuk jaringan saraf tiruan berkomunikasi dengan jaringan saraf biologis. Pengembangan baru ini adalah langkah besar untuk perangkat neuroprostetik, yang menggantikan neuron yang rusak dengan sirkuit saraf tiruan.

Metode baru ini bergantung pada konversi sinyal listrik spiking tiruan menjadi pola visual. Pola itu kemudian digunakan, melalui stimulasi optogenetik, untuk mengatur neuron biologis.

Artikel yang berjudul “Toward neuroprosthetic real-time communication from in silico to biological neuronal network via patterned optogenetic stimulation” diterbitkan di Scientific Reports.

Teknologi Neuroprostetik

Tim internasional yang dipimpin oleh Ikerbasque Researcher Paolo Bonifazi dari Biocruces Health Research Institute di Bilbao, Spanyol, berusaha untuk menciptakan teknologi neuroprostetik. Ia bergabung dengan Timothée Levi dari Institute of Industrial Science, The University of Tokyo.

Salah satu tantangan terbesar yang mengelilingi teknologi ini adalah bahwa neuron di otak sangat presisi ketika berkomunikasi. Ketika datang ke jaringan saraf listrik, output listrik tidak mampu menargetkan neuron tertentu.

Untuk mengatasi hal ini, tim peneliti mengubah sinyal listrik menjadi cahaya.

Menurut Levi, “kemajuan teknologi optogenetik memungkinkan kami untuk menargetkan neuron secara presisi di area yang sangat kecil dari jaringan saraf biologis kami.”

Optogenetik

Optogenetik adalah teknologi yang bergantung pada protein yang sensitif terhadap cahaya yang ditemukan di algae dan hewan lain. Ketika protein ini dimasukkan ke dalam neuron, cahaya dapat dipancarkan ke neuron untuk membuatnya aktif atau tidak aktif, tergantung pada jenis protein.

Peneliti menggunakan protein tertentu yang diaktifkan oleh cahaya biru dalam proyek ini. Langkah pertama adalah mengubah output listrik dari jaringan saraf spiking tiruan menjadi pola kotak-kotak yang terdiri dari persegi biru dan hitam. Pola ini kemudian diproyeksikan dengan cahaya ke atas persegi 0,8 x 0,8 mm dari jaringan saraf biologis, yang tumbuh di dalam cawan. Ketika ini terjadi, hanya neuron yang terkena cahaya dari persegi biru yang diaktifkan.

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

Aktivitas sinkron dihasilkan dalam neuron yang dikulturkan setiap kali ada aktivitas spontan. Ini menghasilkan jenis irama yang berdasarkan pada cara neuron dihubungkan, jenis neuron, dan bagaimana mereka beradaptasi dan berubah.

“Kunci kesuksesan kami,” kata Levi, “adalah memahami bahwa irama neuron tiruan harus sesuai dengan irama neuron nyata. Setelah kami dapat melakukan ini, jaringan biologis dapat merespons ‘melodi’ yang dikirim oleh jaringan tiruan. Hasil awal yang diperoleh selama proyek Brainbow Eropa membantu kami merancang neuron tiruan biomimetik ini.”

Peneliti akhirnya menemukan kesesuaian terbaik setelah jaringan saraf tiruan disesuaikan dengan irama yang berbeda, dan mereka dapat mengidentifikasi perubahan dalam irama global jaringan biologis.

“Mengintegrasikan optogenetik ke dalam sistem ini adalah langkah maju menuju praktik,” kata Levi. “Ini akan memungkinkan perangkat biomimetik di masa depan untuk berkomunikasi dengan jenis neuron tertentu atau dalam sirkuit saraf tertentu.”

Perangkat prostetik di masa depan yang dikembangkan dengan sistem ini dapat menggantikan sirkuit otak yang rusak. Mereka juga dapat memulihkan komunikasi antara berbagai wilayah otak. Semua ini dapat mengarah pada generasi neuroprostetik yang sangat mengesankan.