piezas artificiales de luz cerebro utilizan para comunicarse con las neuronas reales

Una prótesis es un dispositivo artificial que reemplaza una parte lesionada o faltante del cuerpo. Es fácil imaginar un pirata estereotipada con una pata de palo o famosa mano robótica de Luke Skywalker. Menos espectacular, pensar en las prótesis de la vieja escuela, como las gafas y lentes de contacto que sustituyen a las lentes naturales de los ojos. Ahora trata de imaginar una prótesis que sustituye una parte de un cerebro dañado. ¿Qué podría cerebro artificial cuestión será? ¿Cómo sería incluso trabajar?

La creación de la tecnología neuroprosthetic es el objetivo de un equipo internacional dirigido por el investigador Ikerbasque Paolo Bonifazi de Biocruces Instituto de Investigación Sanitaria (Bilbao, España), y Timothée Levi del Instituto de Ciencia Industrial de la Universidad de Tokio y de laboratorio de IMS, Universidad de Burdeos . Aunque se han desarrollado varios tipos de neuronas artificiales, ninguno ha sido verdaderamente práctico para neuroprótesis. Uno de los mayores problemas es que las neuronas del cerebro se comunican con mucha precisión, pero la producción eléctrica de la red neuronal eléctrica típica es incapaz de neuronas específicas de destino. Para superar este problema, el equipo convierte las señales eléctricas a la luz. Como explica Levi, "los avances en la tecnología optogenético nos permitieron orientar con precisión las neuronas en un área muy pequeña de nuestra red neuronal biológica."

Optogenética es una tecnología que se aprovecha de varias proteínas sensibles a la luz encuentra en las algas y otros animales. La inserción de estas proteínas en las neuronas es una especie de truco; una vez que están allí, irradiar una luz sobre una neurona hará que sea activa o inactiva, dependiendo del tipo de proteína. En este caso, los investigadores utilizaron las proteínas que se activan específicamente por la luz azul. En su experimento, convirtieron primero la salida eléctrica de la red neuronal clavar en el modelo a cuadros de cuadrados azules y negros. Luego, se lustrados este patrón hacia abajo sobre un cuadrado 0,8 por 0,8 mm de la red neuronal biológica que crece en el plato. Dentro de esta plaza, sólo las neuronas afectadas por la luz que proviene de los cuadrados azules se activa directamente.

La actividad espontánea en las neuronas cultivadas produce actividad síncrona que sigue a un cierto tipo de ritmo. Este ritmo se define por la forma en que las neuronas están conectadas entre sí, los tipos de neuronas, y su capacidad de adaptación y el cambio.

"La clave de nuestro éxito", dice Levi, "fue la comprensión de que los ritmos de las neuronas artificiales tenían que coincidir con los de las neuronas reales. Una vez que hemos sido capaces de hacer esto, la red biológica fue capaz de responder a las 'melodías' enviados por el artificial. los resultados preliminares obtenidos durante el proyecto europeo Brainbow, nos ayudan a diseñar estas neuronas artificiales biomiméticos ".

Sintonizaron la red neuronal artificial para utilizar varios ritmos diferentes hasta encontrar la mejor coincidencia. Grupos de neuronas fueron asignados a los píxeles específicos en la cuadrícula de la imagen y la actividad rítmica fue capaz de cambiar el patrón visual que fue resplandeció en las neuronas cultivadas. Los patrones de luz se muestran en un área muy pequeña de las neuronas cultivadas, y los investigadores pudieron comprobar las reacciones locales, así como los cambios en los ritmos globales de la red biológica.

"La incorporación de la optogenética en el sistema es un avance hacia la practicidad", dice Levi. "Se permitirá que los futuros dispositivos biomiméticos para comunicarse con tipos específicos de neuronas o dentro de los circuitos neuronales específicos." El equipo es optimista de que los futuros dispositivos de prótesis utilizando su sistema será capaz de sustituir a los circuitos cerebrales dañados y restaurar la comunicación entre las regiones del cerebro. "En la Universidad de Tokio, en colaboración con Pr Kohno y el Dr. Ikeuchi, nos estamos centrando en el diseño de sistemas neuromórficos bio-híbrido para crear nueva generación de neuroprótesis," dice Levi.