peças artificiais de luz uso cérebro para se comunicar com neurônios reais

Uma prótese é um dispositivo artificial que substitui uma parte lesada ou ausente do organismo. Você pode facilmente imaginar um pirata estereotipada com uma perna de madeira ou mão robótica famosa de Luke Skywalker. Menos dramaticamente, pense de próteses old-school como óculos e lentes de contato que substituem as lentes naturais em nossos olhos. Agora tente imaginar uma prótese que substitui parte de um cérebro danificado. O que poderia cérebro artificial importa ser como? Como seria mesmo trabalhar?

Criação de tecnologia neuroprosthetic é o objetivo de uma equipe internacional liderada por pelo pesquisador Ikerbasque Paolo Bonifazi do Instituto Biocruces Health Research (Bilbao, Espanha), e Timothée Levi, do Instituto de Ciência Industrial, da Universidade de Tóquio e de IMS laboratório da Universidade de Bordeaux . Embora tenham sido desenvolvidos vários tipos de neurônios artificiais, nenhum tem sido verdadeiramente prático para neuropróteses. Um dos maiores problemas é que os neurônios no cérebro se comunicam de forma muito precisa, mas a produção eléctrica a partir da rede neural elétrica típico é incapaz de neurônios-alvo específicos. Para ultrapassar este problema, a equipe converteu os sinais elétricos à luz. Como Levi explica, "os avanços na tecnologia optogenetic nos permitiu atingir precisamente os neurônios em uma área muito pequena da nossa rede neuronal biológica."

Optogenetics é uma tecnologia que tira proveito das várias proteínas sensíveis à luz encontrada em algas e outros animais. Inserindo estas proteínas em neurónios é uma espécie de corte; uma vez que eles não são, um raio de luz para um neurónio vai torná-la activa ou inactiva, dependendo do tipo de proteína. Neste caso, os investigadores utilizaram proteínas que foram activadas especificamente por luz azul. Em sua experiência, eles primeiro convertido a saída elétrica da rede neuronal spiking para o padrão xadrez de quadrados azuis e pretos. Em seguida, eles brilhou este padrão para baixo em um quadrado de 0,8 por 0,8 milímetros da rede neuronal biológica crescente no prato. Dentro deste quadrado, apenas os neurônios atingida pela luz proveniente dos quadrados azuis foram diretamente ativados.

actividade espontânea em neurónios cultivados produz actividade síncrona que segue um determinado tipo de ritmo. Este ritmo é definido pela forma como os neurônios estão ligados entre si, os tipos de neurônios, e sua capacidade de se adaptar e mudar.

"A chave para o nosso sucesso", diz Levi, "foi a compreensão de que os ritmos dos neurônios artificiais teve que coincidem com aqueles dos neurônios reais. Uma vez que fomos capazes de fazer isso, a rede biológica foi capaz de responder às 'melodias' enviado pelo artificial. os resultados preliminares obtidos durante o projecto europeu Brainbow, ajuda-nos a projetar esses neurônios artificiais biomiméticos."

Eles atento a rede neuronal artificial usar vários ritmos diferentes até encontrar a melhor correspondência. Grupos de neurônios foram designados para pixels específicos na grade de imagem e atividade rítmica foi então capaz de mudar o padrão visual que foi brilhou sobre os neurônios cultivados. Os padrões de luz foram mostrados em uma área muito pequena dos neurônios cultivados, e os pesquisadores foram capazes de verificar as reações locais, bem como alterações nos ritmos globais da rede biológica.

"Incorporando optogenética no sistema é um avanço no sentido de praticidade", diz Levi. "Isso vai permitir que futuros dispositivos biomiméticos para se comunicar com tipos específicos de neurônios ou dentro de circuitos neuronais específicos." A equipe está otimista de que futuros dispositivos protéticos utilizando seu sistema será capaz de substituir circuitos cerebrais danificadas e restaurar a comunicação entre as regiões cerebrais. "Na Universidade de Tóquio, em colaboração com Pr Kohno e Dr Ikeuchi, estamos nos concentrando na concepção de sistemas de neuromórficos bio-híbrido para criar nova geração de neuroprosthesis", diz Levi.