Истражувачите развија метод за вештачки невронски мрежи за комуникација со биолошки

Група истражувачи развиле начин како вештачките невронски мрежи да комуницираат со биолошките невронски мрежи. Новиот развој е голем чекор напред за невропротетичките уреди, кои ги заменуваат оштетените неврони со вештачки невронски кола. 

Новиот метод се потпира на конверзија на вештачки електрични шилести сигнали во визуелна шема. Тоа потоа се користи, преку оптогенетска стимулација, со цел да се привлечат биолошките неврони. 

Написот со наслов „Кон невропротетичка комуникација во реално време од силико до биолошка невронска мрежа преку оптогенетска стимулација со шема“Беше објавено во Научни извештаи.

Технологија на невропротетика

Меѓународен тим предводен од истражувачот од Икербаски Паоло Бонифази од Институтот за здравствени истражувања Biocruces во Билбао, Шпанија, тргна да создаде невропротетичка технологија. Нему му се придружи Тимоти Леви од Институтот за индустриска наука, Универзитетот во Токио.

Еден од најголемите предизвици околу оваа технологија е тоа што невроните во мозокот се исклучително прецизни кога комуницираат. Кога станува збор за електрични невронски мрежи, електричниот излез не е способен да таргетира одредени неврони. 

За да се заобиколи ова, тимот на истражувачи ги конвертира електричните сигнали во светлина. 

Според Леви, „напредокот во оптогенетската технологија ни овозможи прецизно да ги насочиме невроните на многу мала област од нашата биолошка невронска мрежа“.

Оптогенетика

Оптогенетиката е технологија која се потпира на протеините чувствителни на светлина кои се наоѓаат во алгите и другите животни. Кога овие протеини се вметнуваат во невроните, светлината може да се насочи кон невронот за да го направи активен или неактивен, во зависност од видот на протеинот. 

Истражувачите користеле специфични протеини кои биле активирани со сина светлина во проектот. Првиот чекор беше да се конвертира електричниот излез на шилестата невронска мрежа во карирана шема составена од сини и црни квадрати. Овој модел потоа беше проектиран со светлина на квадрат од 0.8 на 0.8 mm од биолошката невронска мрежа, која растеше во чинија. Кога тоа се случи, беа активирани само невроните погодени од светлината што доаѓа од сините квадрати. 

Синхроната активност се произведува во култивирани неврони секогаш кога има спонтана активност. Ова резултира со еден вид ритам кој се заснова на начинот на кој невроните се поврзани заедно, различните типови на неврони и како тие се прилагодуваат и менуваат. 

„Клучот за нашиот успех“, вели Леви, „беше разбирањето дека ритмите на вештачките неврони мора да одговараат на оние на вистинските неврони. Откако успеавме да го направиме ова, биолошката мрежа можеше да одговори на „мелодиите“ испратени од вештачката. Прелиминарните резултати добиени за време на европскиот проект Brainbow ни помагаат да ги дизајнираме овие биомиметички вештачки неврони“.

Истражувачите на крајот го најдоа најдоброто совпаѓање откако вештачката невронска мрежа беше подесена на различни ритми и тие беа во можност да ги идентификуваат промените во глобалните ритми на биолошката мрежа.

„Инкорпорирањето на оптогенетиката во системот е напредок кон практичноста“, вели Леви. „Тоа ќе им овозможи на идните биомиметички уреди да комуницираат со специфични типови на неврони или во специфични невронски кола“.

Идните протетски направи кои се развиени со системот би можеле да ги заменат оштетените мозочни кола. Тие исто така би можеле да ја обноват комуникацијата помеѓу различни региони на мозокот. Сето ова може да доведе до исклучително импресивна генерација на невропротези.