Araştırmacılar Yapay Sinir Ağlarının Biyolojik Sinir Ağları ile İletişim Kurma Yöntemini Geliştirdi

Araştırmacılar, yapay sinir ağlarının biyolojik sinir ağları ile iletişim kurma yöntemini geliştirdiler. Bu yeni gelişme, hasarlı nöronları yapay sinir devreleri ile değiştiren nöroprotez cihazları için büyük bir adım forward.

Yeni yöntem, yapay elektriksel sinyallerin görsel bir desene dönüştürülmesine dayanır. Bu desen daha sonra optogenetik stimülasyon yoluyla biyolojik nöronları uyarmak için kullanılır.

“Nöroprotez Gerçek Zamanlı İletişim: Yapay Sinir Ağından Biyolojik Sinir Ağına Desenli Optogenetik Stimülasyon ile” başlıklı makale Scientific Reports‘de yayımlandı.

Nöroprotez Teknolojisi

Bilbao, İspanya’daki Biocruces Sağlık Araştırma Enstitüsü’nden Ikerbasque Araştırma Görevlisi Paolo Bonifazi’nin liderliğindeki uluslararası bir ekip, nöroprotez teknolojisini yaratmaya çalıştı. Ekibe, Tokyo Üniversitesi’nden Timothée Levi de katıldı.

Bu teknoloji etrafındaki en büyük zorluklardan biri, beyindeki nöronların iletişimde çok precisa olmasıdır. Elektriksel sinir ağlarında, elektriksel çıkış belirli nöronları hedeflemekte yeterli değildir.

Bunu aşmak için, araştırmacılar elektrik sinyallerini ışığa çevirdiler.

Levi’ye göre, “optogenetik teknolojisindeki ilerlemeler, biyolojik sinir ağındaki küçük bir alanda nöronları precisa hedeflememizi sağladı.”

Optogenetik

Optogenetik, alglerde ve diğer hayvanlarda bulunan ışığa duyarlı proteinlere dayanan bir teknolojidir. Bu proteinler nöronlara yerleştirildiğinde, ışık belirli bir nöronu aktif veya pasif hale getirebilir.

Araştırmacılar, projede mavi ışığa duyarlı belirli proteinleri kullandılar. İlk adım, elektriksel sinyalleri mavi ve siyah karelerden oluşan bir desene çevirmekti. Bu desen daha sonra biyolojik sinir ağı üzerine projektör ile yansıtıldı. Sadece mavi karelerden gelen ışığa maruz kalan nöronlar aktif hale geldi.

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

Kültürlenmiş nöronlarda, spontan aktivite her zaman senkronize aktivite üretir. Bu, nöronların birbirine bağlanma şekli, farklı nöron tipleri ve adaptasyonlarına bağlı bir ritim oluşturur.

Levi’ye göre, “başarımızın anahtarı, yapay sinirlerin ritimlerinin gerçek nöronlarınkine uyumlu olması gerektiğini anlamaktı. Bir kez bunu başardığımızda, biyolojik ağ yapay ağın ‘melodilerine’ cevap vermeye başladı. Avrupa Beyinbow projesi sırasında elde edilen ön sonuçlar, bu biomimetik yapay nöronları tasarlamamıza yardımcı oldu.”

Araştırmacılar, sonunda yapay sinir ağını farklı ritimlere ayarladıktan sonra biyolojik ağın küresel ritimlerinde değişiklikler tespit ettiler.

Levi’ye göre, “sisteme optogenetiği entegre etmek pratiklik yönünde bir ilerlemeyi temsil ediyor. Gelecekteki biomimetik cihazların belirli nöron tipleriyle veya spesifik sinir devreleri içinde iletişim kurmasını sağlayacak.”

Geliştirilen sistemle oluşturulacak gelecekteki protez cihazlar, hasarlı beyin devrelerini değiştirebilir ve beyin bölgeleri arasındaki iletişimi yeniden kurabilir. Tüm bunlar, nöroprotezlerin çok etkileyici bir neslini ortaya çıkarabilir.