Künstliche Stücke des Gehirns Verwendung Licht mit echten Neuronen zu kommunizieren

Eine Prothese ist ein künstliches Gerät, das einen verletzten oder fehlenden Teil des Körpers ersetzt. Sie können ganz einfach ein stereotypisch Pirat mit Holzbein oder Luke Skywalker berühmten Roboter-Hand vorstellen. Weniger dramatisch, denken Sie an den alten Schule Prothetik wie Brillen und Kontaktlinsen, die die natürlichen Linsen in unseren Augen ersetzen. Nun versuchen, eine Prothese, sich vorzustellen, dass ein Teil eines beschädigten Gehirn ersetzt. Was könnte Materie künstliches Gehirn aussehen? Wie würde es funktioniert auch?

Erstellen neuroprothetischer Technologie ist das Ziel eines internationalen Teams unter der Leitung von den Ikerbasque Forschern Paolo Bonifazi von Biocruces Health Research Institute (Bilbao, Spanien) und Timothée Levi von Institut für Arbeitswissenschaft, die Universität von Tokyo und von IMS-Labor, Universität von Bordeaux . Obwohl verschiedene Arten von künstlichen Neuronen entwickelt wurden, haben keine für Neuroprothesen wirklich praktisch gewesen. Eines der größten Probleme ist, dass Nervenzellen im Gehirn kommunizieren sehr genau, aber elektrische Ausgabe von dem typischen elektrischen neuronales Netz ist zu zielspezifischen Neuronen nicht in der Lage. Zur Lösung dieses Problems, konvertiert das Team um die elektrischen Signale an den Tag. Wie Levi erklärt: „Fortschritte in der optogenetische Technologie erlaubt uns Neuronen in einem sehr kleinen Bereich unseres biologischen neuronalen Netzes genau zu zielen.“

Optogenetik ist eine Technologie, die die Vorteile von mehreren lichtempfindlichen Proteinen gefunden werden in Algen und anderen Tieren stattfindet. Einsetzen dieser Proteine ​​in Neuronen ist eine Art von Hack; sobald sie dort sind, Licht auf ein Neuron glänzend wird sie aktiv oder inaktiv machen, abhängig von der Art des Proteins. In diesem Fall verwendeten die Forscher Proteine, die speziell durch blaues Licht aktiviert wurde. In ihrem Experiment umgewandelt sie zuerst die elektrische Leistung des Spiking neuronale Netz in das karierte Muster aus blauen und schwarzen Quadraten. Dann geglänzt sie dieses Muster nach unten auf ein 0,8 um 0,8 mm Quadrat des biologischen neuronalen Netzes in der Schale wachsen. In diesem Platz, trafen nur Neuronen, die durch das Licht von den blauen Quadraten kam direkt aktiviert.

Die spontane Aktivität in kultivierten Neuronen produziert synchrone Aktivität, die eine bestimmte Art von Rhythmus folgt. Dieser Rhythmus wird durch die Art und Weise definiert die Neuronen miteinander verbunden sind, die Typen von Neuronen und ihre Fähigkeit und Veränderungen anzupassen.

„Der Schlüssel zu unserem Erfolg“, sagt Levi, „wurde zu verstehen, dass die Rhythmen der künstlichen Neuronen hatten die die realen Neuronen entsprechen. Sobald wir in der Lage waren, dies zu tun, war das biologische Netzwerk zu antworten auf die Lage‚Melodien‘ durch die künstliche gesendet. die vorläufigen Ergebnisse im Rahmen des Europäischen Brainbow Projekt erhalten, helfen uns, diese biomimetische künstlichen Neuronen zu entwerfen.“

Sie abgestimmt, um das künstliche neuronale Netzwerk mehr verschiedenen Rhythmen zu verwenden, bis sie die beste Übereinstimmung gefunden. Gruppen von Neuronen wurden auf bestimmte Bildpunkte in der Bildraster zugeordnet und die rhythmische Aktivität war dann in der Lage die visuelle Muster zu ändern, die auf den kultivierten Neuronen wurde geglänzt. Die Lichtmuster wurden auf einen sehr kleinen Bereich der kultivierten Neuronen gezeigt, und die Forscher waren in der Lage, lokale Reaktionen sowie Veränderungen in den globalen Rhythmen des biologischen Netzwerks zu überprüfen.

„Optogenetik in das System Einbindung ist ein Fortschritt in Richtung Sachlichkeit“, sagt Levi. „Es wird künftig biomimetische-Geräte mit bestimmten Arten von Neuronen oder in bestimmten neuronalen Schaltkreisen zu kommunizieren.“ Das Team ist optimistisch, dass zukünftige prothetische Geräte ihr System mit der Lage, beschädigte Schaltkreise im Gehirn zu ersetzen und die Kommunikation zwischen Gehirnregionen wiederherzustellen. „An der Universität von Tokyo, in Zusammenarbeit mit Pr Kohno und Dr. Ikeuchi wir auf die Gestaltung von Bio-Hybrid neuromorphe Systeme konzentrieren neue Generation von Neuroprothese zu schaffen“, sagt Levi.