Επιστήμονες δημιούργησαν τεχνητούς νευρώνες πάνω σε τσιπ πυριτίου, οι οποίοι λειτουργούν όπως οι πραγματικοί- ένα επίτευγμα το οποίο χαρακτηρίζεται από τους συντελεστές του ως το πρώτο του είδους του, με μεγάλη σημασία για τον κλάδο των ιατρικών συσκευών για την αντιμετώπιση χρόνιων παθήσεων, όπως οι καρδιοπάθειες, το Αλτσχάιμερ κ.α.
Σύμφωνα με ανακοίνωση του University of Bath, οι τεχνητοί αυτοί νευρώνες δεν συμπεριφέρονται μόνο όπως οι βιολογικοί νευρώνες, αλλά χρειάζονταν μόλις το ένα δισεκατομμυριοστό της ισχύος ενός μικροεπεξεργαστή, κάτι που τους καθιστά ιδανικούς για χρήση σε ιατρικά εμφυτεύματα και άλλες βιοηλεκτρονικές συσκευές.
Στην ερευνητική ομάδα συμμετείχαν επιστήμονες από το University of Bath, το University of Bristol, τo University of Zürich και ETH Zürich και το University of Auckland. H έρευνα δημοσιεύτηκε στο Nature Communications.
O σχεδιασμός τεχνητών νευρώνων που αντιδρούν σε ηλεκτρικά σήματα από το νευρικό σύστημα σαν αληθινοί έχει αποτελέσει σημαντικό στόχο της Ιατρικής για δεκαετίες, καθώς ανοίγει δρόμους για τη θεραπεία παθήσεων όπου οι νευρώνες δεν λειτουργούν σωστά. Τεχνητοί νευρώνες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την επιδιόρθωση βιο-κυκλωμάτων που έχουν πρόβλημα, αναλαμβάνοντας λειτουργίες και αντιδρώντας επαρκώς στο βιολογικό feedback για την αποκατάσταση των σωματικών λειτουργιών. Ωστόσο, η ανάπτυξή τους αποτελεί μεγάλη πρόκληση λόγω της πολυπλοκότητας που χαρακτηρίζει τη βιολογία τους και τη δυσκολία πρόβλεψης νευρωνικών αντιδράσεων.
Οι ερευνητές δημιούργησαν μοντέλα και εξισώσεις για να εξηγήσουν το πώς οι νευρώνες αντιδρούν σε ηλεκτρικά ερεθίσματα από άλλα νεύρα. Αυτό είναι εξαιρετικά πολύπλοκο, καθώς οι αντιδράσεις είναι «μη γραμμικές»- με άλλα λόγια, εάν ένα σήμα γίνει δύο φορές πιο δυνατό, αυτό δεν σημαίνει απαραίτητα πως θα προκαλέσει αντίστοιχη αναλογικά αντίδραση.
Στη συνέχεια σχεδίασαν τσιπ πυριτίου που αποτελούσαν ακριβή μοντέλα βιολογικών καναλιών ιόντων, πριν δείξουν πως οι νευρώνες πυριτίου προσομοίωναν με ακρίβεια πραγματικούς, ζωντανούς νευρώνες που αντιδρούν σε ένα εύρος ερεθισμάτων.
Οι ερευνητές αντέγραψαν με ακρίβεια τις λειτουργίες και τις δυναμικές νευρώνων του ιπποκάμπου και του αναπνευστικού από ποντίκια, σε ένα μεγάλο εύρος ερεθισμάτων.
Ο καθηγητής Αλέν Νογκαρέτ ηγήθηκε του προγράμματος. Όπως είπε, «μέχρι τώτα οι νευρώνες ήταν σαν μαύρα κουτιά, μα καταφέραμε να ανοίξουμε το μαύρο κουτί και να κοιτάξουμε μέσα. Η δουλειά μας είναι επαναστατική επειδή παρέχει μια αξιόπιστη μέθοδο αναπαραγωγής των ηλεκτρικών ιδιοτήτων των πραγματικών νευρώνων…αλλά πάει ακόμα παραπέρα από αυτό, επειδή οι νευρώνες μας χρειάζονται μόλις 140 nanoWatts ισχύος. Αυτό είναι το ένα δισεκατομμυριοστό των απαιτήσεων ενέργειας ενός επεξεργαστή…αυτό κάνει τους νευρώνες κατάλληλους για βιο-ηλεκτρονικά εμφυτεύματα για την αντιμετώπιση χρόνιων παθήσεων.
Για παράδειγμα αναπτύσσουμε έξυπνους βηματοδότες που δεν θα διεγείρουν απλά την καρδιά για να χτυπά με σταθερό ρυθμό, μα θα χρησιμοποιούν αυτούς τους νευρώνες για να ανταποκρίνονται σε πραγματικό χρόνο σε απαιτήσεις προς την καρδιά- που είναι αυτό που συμβαίνει φυσικά σε μια υγιή καρδιά. Άλλες πιθανές εφαρμογές θα μπορούσαν να είναι στην αντιμετώπιση του Αλτσχάιμερ και ασθενειών νευρωνικού εκφυλισμού γενικότερα».
