์ธ๊ณต์ง๋ฅ
์ฐ๊ตฌ์๋ค, ์ธ๊ณต ์ ๊ฒฝ๋ง๊ณผ ์๋ฌผํ์ ์ ๊ฒฝ๋ง์ ํต์ ๋ฐฉ๋ฒ ๊ฐ๋ฐ
연구자들은 인공 신경망과 생물학적 신경망이 통신할 수 있는 방법을 개발했다. 이 새로운 개발은 손상된 신경 세포를 인공 신경 회로로 대체하는 신경 보철 기기의 큰 발전이다.
새로운 방법은 인공 전기 스파이킹 신호를 시각 패턴으로 변환하는 것을 기반으로 한다. 이를 통해 광유전적 자극을 이용하여 생물학적 신경 세포를 동기화시킨다.
제목이 “인 실리코에서 생물학적 신경망까지의 패턴화된 광유전적 자극을 통한 실시간 통신“인 기사는 Scientific Reports에 발표되었다.
신경 보철 기술
스페인 빌바오의 Biocruces Health Research Institute의 Ikerbasque 연구원 Paolo Bonifazi가 이끄는 국제 팀은 신경 보철 기술을 개발하기 위해 노력했다. 그는 도쿄 대학의 산업과학연구소의 Timothée Levi와 함께 작업했다.
이 기술을 둘러싼 가장 큰 도전은 뇌의 신경 세포가 매우 정밀하게 통신한다는 것이다. 전기 신경망의 경우, 전기 출력은 특정 신경 세포를 대상으로 할 수 없다.
이 문제를 해결하기 위해 연구 팀은 전기 신호를 빛으로 변환했다.
Levi에 따르면, “광유전적 기술의 발전으로 매우 작은 영역의 생물학적 신경망에서 신경 세포를 정밀하게 대상으로 할 수 있었다”고 한다.
광유전학
광유전학은 조류와 다른 동물에서 발견되는 빛에 민감한 단백질을 이용하는 기술이다. 이러한 단백질을 신경 세포에 삽입하면, 빛을 이용하여 신경 세포를 활성화하거나 비활성화할 수 있다.
연구자들은 프로젝트에서 파란색 빛에 의해 활성화되는 특정 단백질을 사용했다. 첫 번째 단계는 스파이킹 신경망의 전기 출력을 파란색과 검은색으로 구성된 체크 패턴으로 변환하는 것이었다. 이 패턴은 생물학적 신경망이 접시에서 자라는 0.8 x 0.8 mm 정사각형에 빛으로 투사되었다. 이때, 파란색 정사각형에서 오는 빛에 의해만 신경 세포가 활성화되었다.
https://www.youtube.com/watch?time_continue=14&v=W1qVGz4fpiU&feature=emb_title
자발적인 활동이 있는 경우 배양된 신경 세포에서 동기화된 활동이 생성된다. 이는 신경 세포가 연결되는 방식, 신경 세포의 유형 및 신경 세포가 어떻게 적응하고 변경되는지에 따라서 리듬이 생성된다.
Levi는 “인공 신경망의 리듬이 실제 신경망의 리듬과 일치해야 한다는 것을 이해하는 것이 우리의 성공의 열쇠였다”고 말했다. “한번에 우리가 이것을 할 수 있게 되자, 생물학적 신경망은 인공 신경망이 보내는 ‘음악’에 반응할 수 있었다. 유럽 Brainbow 프로젝트에서 얻은 예비 결과는 이러한 생체 모방 인공 신경망을 설계하는 데 도움이 되었다.”
연구자들은 인공 신경망을 다양한 리듬으로 조정한 후, 생물학적 신경망의 전역 리듬의 변화를 식별할 수 있었다.
Levi는 “시스템에 광유전학을 통합하는 것은 실용성에 대한 발전이다”고 말했다. “미래의 생체 모방 장치는 특정 유형의 신경 세포 또는 특정 신경 회로와 통신할 수 있을 것이다.”
이 시스템으로 개발된 미래의 보철 기기는 손상된 뇌 회로를 대체할 수 있을 것이다. 또한 뇌의 다른 영역 간의 통신을 복원할 수 있을 것이다. 모든 것이 매우 인상적인 신경 보철의 새로운 세대를 이끌어낼 수 있을 것이다.
