研究者が開発した人工神経ネットワークと生物神経ネットワークの通信方法

研究者の一団が、人工神経ネットワークと生物神経ネットワークの通信方法を開発しました。この新しい開発は、損傷した神経を人工神経回路で置き換える神経プロステーシス装置にとって、大きな前進です。

新しい方法は、人工電気スパイク信号を視覚パターンに変換することに依存しています。その後、光遺伝子刺激を使用して生物神経を同期させます。

「シリコから生物神経ネットワークへの光遺伝子刺激によるパターン化された神経プロステーシス実時間通信」という記事は、サイエンティフィック・リポーツに掲載されました。

神経プロステーシス技術

ビルバオのビオクルーズ・ヘルス・リサーチ・インスティテュートのイケルバスク研究者パオロ・ボニファジが率いる国際チームは、神経プロステーシス技術を作成することを目指しました。彼は、東京大学のインダストリアル・サイエンス研究所のティモシー・レヴィと共同で研究しました。

この技術の最大の課題の1つは、脳の神経が非常に正確に通信することです。電気神経ネットワークの場合、電気出力は特定の神経をターゲットにすることができません。

これを回避するために、研究チームは電気信号を光に変換しました。

レヴィによると、「光遺伝子技術の進歩により、生物神経ネットワークの非常に小さな領域の神経を正確にターゲットにすることができました。」

光遺伝子

光遺伝子とは、藻類やその他の動物に存在する光感受性タンパク質を利用する技術です。これらのタンパク質を神経に挿入すると、光を照射することで神経を活性化または非活性化できます。

研究者は、青い光によって活性化される特定のタンパク質を使用しました。最初のステップは、スパイク神経ネットワークの電気出力を、青と黒の正方形で構成される格子状のパターンに変換することでした。このパターンは、0.8 x 0.8 mmの正方形の生物神経ネットワークに光で投影されました。すると、青い正方形から光が出ている神経のみが活性化されました。

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

培養された神経では、自発的な活動によって同期活動が生じます。これにより、神経の接続、神経の種類、適応、変化に基づくリズムが生じます。

レヴィによると、「私たちの成功の鍵は、人工神経のリズムが実際の神経のリズムと一致する必要があることを理解することでした。そうすれば、生物神経ネットワークは人工神経からの『メロディー』に応答することができました。ヨーロッパのBrainbowプロジェクトでの初期結果は、これらの生体模倣人工神経を設計するのに役立ちました。」

研究者は、人工神経ネットワークをさまざまなリズムに調整した後、生物神経ネットワークのグローバルなリズムの変化を特定することができました。

レヴィによると、「光遺伝子技術をシステムに組み込むことは、実用性への前進です。将来的に、生体模倣デバイスが特定の種類の神経または特定の神経回路と通信できるようになります。」

このシステムで開発される将来的に予想されるプロステーシス装置は、損傷した脳回路を置き換えることができます。また、脳の異なる領域間の通信を回復させることもできます。これらすべてが、非常に印象的な神経プロステーシスの新しい世代につながる可能性があります。