Cercetătorii Dezvoltă o Metodă pentru Rețele Neuronale Artificiale pentru a Comunica cu Cele Biologice

Un grup de cercetători a dezvoltat o metodă pentru ca rețelele neuronale artificiale să comunice cu rețelele neuronale biologice. Această nouă descoperire reprezintă un pas mare înainte pentru dispozitivele neuroprotezice, care înlocuiesc neuronii deteriorați cu circuite neuronale artificiale.

Noua metodă se bazează pe conversia semnalelor electrice artificiale într-un model vizual. Acest model este apoi utilizat, prin stimulare optogenetică, pentru a sincroniza neuronii biologici.

Articolul intitulat „Spre comunicarea în timp real a rețelelor neuronale biologice de la în silico la rețeaua neuronală biologică prin stimulare optogenetică modelată” a fost publicat în Raporturi științifice.

Tehnologia Neuroprotezică

O echipă internațională condusă de cercetătorul Ikerbasque Paolo Bonifazi de la Institutul de Cercetare a Sănătății Biocruces din Bilbao, Spania, a încercat să creeze tehnologie neuroprotezică. El a fost alături de Timothée Levi de la Institutul de Știință Industrială, Universitatea din Tokyo.

Una dintre cele mai mari provocări care înconjoară această tehnologie este că neuronii din creier sunt extrem de preciși atunci când comunică. Când vine vorba de rețelele neuronale electrice, ieșirea electrică nu este capabilă să vizeze neuronii specifici.

Pentru a ocoli această problemă, echipa de cercetători a transformat semnalele electrice în lumină.

Conform lui Levi, „progresele în tehnologia optogenetică ne-au permis să vizăm precis neuronii într-o zonă foarte mică a rețelei noastre neuronale biologice.”

Optogenetica

Optogenetica este o tehnologie care se bazează pe proteinele sensibile la lumină care se găsesc în alge și alte animale. Când aceste proteine sunt inserate în neuronii, lumina poate fi direcționată către un neuron pentru a-l activa sau dezactiva, în funcție de tipul de proteină.

Cercetătorii au utilizat proteine specifice care erau activate de lumina albastră în proiect. Primul pas a fost să transforme ieșirea electrică a rețelei neuronale cu impulsuri într-un model de table în care erau alternate pătrate albastre și negre. Acest model a fost apoi proiectat prin lumină pe o suprafață de 0,8 x 0,8 mm a rețelei neuronale biologice, care creștea într-un vas. Când s-a întâmplat acest lucru, doar neuronii loviți de lumina care venea din pătratele albastre au fost activați.

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

Activitatea sincronă este produsă în neuronii cultivați atunci când există activitate spontană. Acest lucru rezultă într-un ritm care se bazează pe modul în care neuronii sunt conectați, tipurile de neuroni și modul în care se adaptează și se schimbă.

“Cheia succesului nostru”, spune Levi, “a fost înțelegerea că ritmurile neuronilor artificiali trebuiau să se potrivească cu cele ale neuronilor reali. Odată ce am reușit să facem acest lucru, rețeaua biologică a putut răspunde la “melodiile” trimise de cea artificială. Rezultatele preliminare obținute în cadrul proiectului european Brainbow ne-au ajutat să proiectăm acești neuroni artificiali biomimetici.”

Cercetătorii au găsit în cele din urmă cea mai bună potrivire după ce rețeaua neuronală artificială a fost reglată la diferite ritmuri și au putut identifica schimbări în ritmurile globale ale rețelei biologice.

“Incorporarea optogeneticii în sistem este un pas înainte spre practicabilitate”, spune Levi. “Va permite dispozitivelor biomimetice viitoare să comunice cu tipuri specifice de neuroni sau în circuite neuronale specifice.”

Dispozitivele protezice viitoare care vor fi dezvoltate cu acest sistem ar putea înlocui circuitele cerebrale deteriorate. De asemenea, ar putea restabili comunicarea între diferite regiuni ale creierului. Toate acestea ar putea duce la o generație extrem de impresionantă de neuroproteză.