Sztuczne kawałki mózgu wykorzystania światła do komunikowania się z rzeczywistych neuronów

Implant to sztuczny urządzenie, które zastępuje kontuzjowanego lub brakujących części ciała. Można łatwo wyobrazić sobie stereotypowego pirata z drewnianą nogą lub ręką słynnego robota Luke'a Skywalkera. Mniej dramatycznie, myśleć protetyki starej szkoły, takich jak okulary i soczewki kontaktowe, które zastępują naturalne soczewek w naszych oczach. Teraz spróbuj wyobrazić sobie protezę, która zastępuje część uszkodzonego mózgu. Co może być sztuczny mózg sprawa jak? Jak by to jeszcze działa?

Tworzenie neuroprotetyka technologii jest celem międzynarodowego zespołu kierowanego przez przez naukowca Ikerbasque Paolo Bonifaziego od Biocruces Health Research Institute (Bilbao, Hiszpania) oraz Timothée Lewiego z Instytutu Nauk Przemysłowych, The University of Tokyo i od IMS laboratorium Uniwersytetu w Bordeaux , Chociaż kilka rodzajów sztucznych neuronów zostały opracowane, żaden były naprawdę praktyczne dla neuroprotez. Jednym z największych problemów jest to, że neurony w mózgu komunikować się bardzo precyzyjnie, ale moc elektryczna od typowych elektrycznych sieci neuronowej jest w stanie docelowym konkretnych neuronów. Aby przezwyciężyć ten problem, zespół przekształca sygnałów elektrycznych na światło. Jak wyjaśnia Levi, „Postępy w optogenetyka technologii pozwoliło nam precyzyjnie kierować neurony w bardzo małym obszarze naszej biologicznej sieci neuronowej.”

Optogenetyka to technologia, która korzysta z kilku białek światłoczułych znaleźć w glonów oraz innych zwierząt. Wstawianie tych białek w neuronach jest rodzajem włamania; gdy są one tam, świeci światło na neuronu pozwoli aktywne lub nieaktywne, w zależności od rodzaju białka. W tym przypadku, badacze stosować białka, które zostały aktywowane w szczególności przez światło niebieskie. W eksperymentu, najpierw przekształca się w moc elektryczną do sieci neuronowej iglic w szachownicę niebieskie i czarne kwadraty. Potem zabłysło ten wzór w dół na 0,8 o 0,8 mm kwadratowych biologicznie neuronalnej sieci rosnące w naczyniu. W ramach tego placu, tylko neurony trafiony przez światło pochodzące z niebieskimi kwadratami były bezpośrednio aktywowane.

Spontaniczna aktywność w hodowlach neuronów wywołuje aktywność synchroniczny, który następuje pewien rodzaj rytmu. Ten rytm jest określona przez sposób neurony są połączone ze sobą, rodzaje neuronów i ich zdolność do adaptacji i zmiany.

„Kluczem do naszego sukcesu”, mówi Levi, „został zrozumienia, że ​​rytmy neuronów sztucznych musiał zgadzać się z rzeczywistych neuronów. Raz byliśmy w stanie to zrobić, sieć biologiczny był w stanie odpowiedzieć na«melodii» wysłany przez jednego sztucznego. wstępne wyniki uzyskane w trakcie realizacji projektu europejskiego brainbow, pomaga nam projektować te neurony biomimetyczne sztucznych „.

One dostrojone sztuczną sieć neuronową do korzystania z kilku różnych rytmów, aż znaleźli najlepsze dopasowanie. Grupy neuronów były przypisane do poszczególnych pikseli w siatce obrazu i aktywność rytmiczna była wówczas w stanie zmienić wizualny wzór, który został zaświecony na hodowlach neuronów. Lekkie wzory zostały przedstawione na bardzo małym obszarze hodowlach neuronów, a naukowcy byli w stanie zweryfikować reakcje miejscowe, jak również zmian w światowych rytmów biologicznych sieci.

„Włączenie optogenetyka do systemu jest postęp w kierunku praktyczność”, mówi Levi. „To pozwoli w przyszłości urządzenia biomimetyczne do komunikowania się z określonych typów neuronów lub w konkretnych obwodów neuronalnych.” Zespół jest optymistą, że przyszłe urządzenia protetyczne z wykorzystaniem ich system będzie w stanie zastąpić uszkodzone obwody mózgowe i przywrócić komunikację pomiędzy regionami mózgu. „Na Uniwersytecie w Tokio, we współpracy z Pr Kohno i dr Ikeuchi, skupiamy się na projektowaniu systemów neuromorficznych bio-hybryda aby stworzyć nową generację neuroprosthesis”, mówi Levi.