Kunsmatige stukkies brein gebruik lig om te kommunikeer met werklike neurone

A prostese is 'n kunsmatige toestel wat 'n beseerde of ontbreek deel van die liggaam vervang. Jy kan jou maklik verbeel 'n stereotipiese seerower met 'n houtbeen of Luke Skywalker se beroemde robot hand. Minder dramaties, dink aan ou-skool prostetika soos bril en kontaklense wat die natuurlike lense in ons oë te vervang. Probeer nou om 'n prostese wat deel van 'n beskadigde brein vervang dink. Wat kan kunsmatige brein saak wees? Hoe sou dit selfs werk?

Skep neuroprosthetic tegnologie is die doel van 'n internasionale span gelei deur deur die Ikerbasque Navorser Paolo Bonifazi van Biocruces Health Research Institute (Bilbao, Spanje), en Timothée Levi uit Institute of Industrial Wetenskap, Die Universiteit van Tokio en van IMS laboratorium, Universiteit van Bordeaux . Hoewel verskeie tipes kunsmatige neurone ontwikkel, het niemand werklik prakties vir neuroprostheses nie. Een van die grootste probleme is dat neurone in die brein te kommunikeer presies, maar elektriese uitset van die tipiese elektriese neurale netwerk is nie in staat om teiken spesifieke neurone. Om hierdie probleem te oorkom, die span omskep die elektriese seine te lig. Soos Levi verduidelik, "vooruitgang in optogenetic tegnologie kon ons presies teiken neurone in 'n baie klein area van ons biologiese neuronale netwerk."

Optogenetics is 'n tegnologie wat maak gebruik van verskeie ligsensitiewe proteïene gevind in alge en ander diere. Invoeging hierdie proteïene in neurone is 'n soort van hack; sodra hulle daar, skyn op 'n neuron sal dit aktief of onaktief maak, afhangende van die tipe van proteïen. In hierdie geval, het die navorsers gebruik proteïene wat spesifiek deur blou lig is geaktiveer. In hul eksperiment, het hulle eers omgeskakel word die elektriese uitset van die spiking neurale netwerk in die geruite patroon van blou en swart blokkies. Dan, geskyn hulle hierdie patroon af op 'n 0.8 met 0,8 mm vierkante van die biologiese neuronale netwerk groei in die gereg. Binne hierdie vierkant, net neurone getref deur die lig kom uit die blou blokkies is direk geaktiveer.

Spontane aktiwiteit in beskaafde neurone produseer sinchrone aktiwiteit wat 'n sekere soort ritme volg. Dit ritme word gedefinieer deur die manier waarop die neurone is aan mekaar verbind, die tipes neurone, en hul vermoë om aan te pas en te verander.

"Die sleutel tot ons sukses," sê Levi, "het verstaan ​​dat die ritmes van die kunsmatige neurone moes dié van die werklike neurone ooreenstem. Sodra ons in staat was om dit te doen, die biologiese netwerk in staat was om te reageer op die" melodieë " gestuur deur die kunsmatige een. Voorlopige resultate wat verkry is tydens die Europese Brainbow projek, help ons om hierdie Biomimetic kunsmatige neurone te ontwerp. "

Hulle ingeskakel die kunsmatige neurale netwerk om verskillende ritmes gebruik totdat hulle gevind dat die beste wedstryd. Groepe van neurone is opgedra aan spesifieke pixels in die beeld rooster en die ritmiese aktiwiteit was dan in staat wees om die visuele patroon wat geskyn op die gekweek neurone verander. Die lig patrone gewys op 'n baie klein area van die beskaafde neurone, en die navorsers in staat was om plaaslike reaksies asook veranderinge te verifieer in die globale ritmes van die biologiese netwerk.

"Die insluiting optogenetics in die stelsel is 'n opmars na praktiese," sê Levi. "Dit sal toelaat dat toekomstige Biomimetic toestelle om te kommunikeer met spesifieke tipes neurone of binne spesifieke neuronale bane." Die span is optimisties dat toekomstige prostetiese toestelle met behulp van hul stelsel in staat is om beskadigde brein kringe te vervang en herstel kommunikasie tussen brein streke sal wees. "By die Universiteit van Tokio, in samewerking met Pr Kohno en dr Ikeuchi, is ons fokus op die ontwerp van bio-hibriede neuromorphic stelsels om nuwe generasie van neuroprosthesis skep," sê Levi.