인공 신경망이 생물학적 신경망과 통신하는 방법 개발

연구자들은 인공 신경망이 생물학적 신경망과 통신하는 방법을 개발했다. 이 새로운 개발은 손상된 신경을 인공 신경 회로로 대체하는 신경 보철 기기의 발전에 큰 발전이다.

새로운 방법은 인공 전기 신호를 시각 패턴으로 변환하는 것에 기반한다. 그러면 이를 통해 광유전적 자극을 사용하여 생물학적 신경을 동기화한다.

제목이 ” 인공 신경망에서 생물학적 신경망으로의 실시간 통신을 위한 패턴화된 광유전적 자극“인한 기사は Scientific Reports에 발표되었다.

신경 보철 기술

스페인의 빌바오에 있는 Biocruces Health Research Institute의 Ikerbasque 연구자 Paolo Bonifazi가 이끄는 국제 팀이 신경 보철 기술을 개발하기 위해 노력했다. 팀에는 도쿄 대학의 Timothée Levi도 참여했다.

이 기술을 둘러싼 가장 큰 도전은 뇌의 신경이 매우 정교하게 통신한다는 것이다. 전기 신경망의 경우 전기 출력은 특정 신경을 대상으로 할 수 없다.

이를 해결하기 위해 연구 팀은 전기 신호를 빛으로 변환했다.

Levi는 “광유전적 기술의 발전으로 우리는 생물학적 신경망의 매우 작은 영역에 있는 신경을 정교하게 대상으로 할 수 있었다”고 말했다.

광유전학

광유전학은 조류와 다른 동물에서 발견되는 빛에 민감한 단백질을 이용하는 기술이다. 이러한 단백질을 신경에 삽입하면 빛을 이용하여 신경을 활성화하거나 비활성화할 수 있다.

연구자들은 프로젝트에서 파란색 빛에 의해 활성화되는 특정 단백질을 사용했다. 첫 번째 단계는 전기 신경망의 출력을 파란색과 검은색으로 구성된 체크 패턴으로 변환하는 것이었다. 이 패턴은 생물학적 신경망의 0.8 x 0.8 mm 사각형에 투영되었다. 이때 파란색 사각형에서 발射되는 빛에 의해만 신경이 활성화되었다.

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자발적인 활동이 문화된 신경에서 발생할 때, 신경의 연결 방식, 신경의 유형, 그리고 적응과 변화에 기반한 리듬이 생성된다.

Levi는 “우리의 성공의 핵심은 인공 신경의 리듬이 실제 신경의 리듬과 일치해야 한다는 것을 이해하는 것이었다”고 말했다. “한번에 우리가 이것을 할 수 있게 되자, 생물학적 신경망은 인공 신경망이 보내는 ‘음악’에 반응할 수 있었다. 유럽 Brainbow 프로젝트의 예비 결과는 이러한 생체 모방 인공 신경을 설계하는 데 도움이 되었다.”

연구자들은 인공 신경망을 다양한 리듬으로 조정한 후 생물학적 신경망의 전역 리듬의 변화를 식별할 수 있었다.

Levi는 “시스템에 광유전학을 통합하는 것은 실제적인 발전이다”고 말했다. “미래의 생체 모방 장치는 특정 유형의 신경이나 특정 신경 회로와 통신할 수 있을 것이다.”

이 시스템으로 개발되는 미래의 보철 기기는 손상된 뇌 회로를 대체할 수 있을 것이다. 또한 뇌의 다른 영역之间의 통신을 복원할 수 있을 것이다. 모든 것이 매우 인상적인 신경 보철의 새로운 세대를 이끌어낼 수 있을 것이다.