Neuronii bionici ar putea permite implanturilor să restabilească circuitele distruse ale creierului

     Oamenii de știință spun că această descoperire ar putea fi folosită pentru a ocoli porțiunea afectată a nervilor și pentru a ajuta oamenii paralizați să-și recapete mișcarea, anunță publicația britanică The Guardian în ediția sa electronică.

     Oamenii de știință au creat neuroni artificiali care ar putea fi implantați la pacienți pentru a depăși paralizia, a restabili circuitele cerebrale eșuate și chiar a conecta mintea la computere.

     Neuronii bionici pot primi semnale electrice de la celulele nervoase sănătoase și să le prelucreze într-un mod natural, înainte de a trimite semnale proaspete către alți neuroni sau către mușchi și organe din altă parte a corpului.

     Una dintre primele aplicații poate fi un tratament pentru o formă de insuficiență cardiacă care se dezvoltă atunci când un anumit circuit neuronal de la baza creierului se deteriorează prin vârstă sau boală și nu reușește să trimită semnalele potrivite pentru a face inima să pompeze corect.

    În loc să se implanteze direct în creier, neuronii artificiali sunt construiți în microcipuri de putere ultra-mică cu câțiva milimetri lățime. Jetoanele reprezintă baza dispozitivelor care s-ar conecta direct la sistemul nervos, de exemplu prin interceptarea semnalelor care trec între creier și mușchii picioarelor.

"Orice zonă în care aveți o boală degenerativă, cum ar fi Alzheimer sau unde neuronii încetează să funcționeze în mod corespunzător din cauza vârstei, bolilor sau rănilor, atunci în teorie, puteți înlocui biocircuitul defect cu un circuit sintetic", a spus Alain Nogaret, fizician care a condus proiectul la Universitatea din Bath.

      Avansul a venit atunci când cercetătorii au descoperit că ar putea modela neuroni vii într-un program de calculator și apoi să-și recreeze modelele de funcționare în cipuri de siliciu cu o precizie de peste 94%. Programul permite oamenilor de știință să imite întreaga varietate de neuroni găsiți în sistemul nervos.

     Scriind în revista Nature Communications, cercetătorii descriu modul în care au alimentat programul cu date înregistrate din două tipuri de neuron de șobolan, care au fost stimulate într-un vas. Neuronii proveneau fie din hipocamp, o regiune care este crucială pentru memorie și învățare, fie erau implicați în controlul subconștient al respirației.

     Înarmați cu programul, cercetătorii susțin că acum pot construi neuroni bionici pe baza oricărei celule nervoase reale găsite în creier, măduva spinării sau la distanțele mai îndepărtate ale sistemului nervos periferic, precum neuronii senzoriali din piele.

      Deoarece neuronii artificiali primesc și transmit semnale, ei pot fi folosiți pentru a realiza implanturi care să răspundă la semnale de feedback neural care se îndreaptă constant în jurul corpului.

"Potențialul este nesfârșit în ceea ce privește înțelegerea modului în care creierul funcționează, deoarece acum avem înțelegerea și intuiția fundamentală a unității funcționale a creierului și, într-adevăr, aplicații, care ar putea fi îmbunătățirea memoriei, pentru a depăși paralizia și a ameliora boala," a spus Julian Paton, coautor al studiului care deține posturi la universitățile din Bristol și Auckland.

     "Ele pot fi utilizate izolat sau conectate împreună pentru a forma rețele neuronale pentru a îndeplini funcții ale creierului", a adăugat el.

      Odată cu dezvoltarea, încercările și reglementările pe care să le satisfacă, ar putea trece mulți ani înainte ca neuronii artificiali să ajute pacienții. Însă, dacă se dovedesc sigure și eficiente, acestea ar putea fi folosite în final pentru a evita afectarea nervilor la nivelul coloanei vertebrale rupte și a ajuta persoanele paralizate să-și redobândească mișcarea sau pentru a conecta creierul oamenilor la membrele robotice care pot transmite senzații de atingere înapoi prin implant la creier.

      În ciuda posibilităților vaste pe care neuronii artificiali le deschid, Nogaret a spus că echipa nu este nici pe departe de construirea unui întreg creier, un organ care la un om este format din 86 miliarde de neuroni și cel puțin la fel de multe celule de susținere. "Nu pretindem că ne construim un creier, nu există absolut nicio cale", a spus el.

     Abordarea oamenilor de știință diferă de cea adoptată de mulți alți colegi care speră să recreeze activitatea creierului în computere. În loc să se concentreze asupra neuronilor individuali, ei modelează de obicei regiuni ale creierului sau chiar creiere întregi, dar cu o precizie mult mai mică. De exemplu, mașina SpiNNaker de la un procesor de la Universitatea din Manchester poate modela un întreg creier de șoarece, dar nu la nivelul celulelor individuale ale creierului.

"Dacă ați dori să modelați un creier de șoarece întreg folosind abordarea din această lucrare, puteți ajunge să proiectați 100 de milioane de neuroni individuali, dar foarte exacti, pe siliciu, ceea ce este clar imposibil de realizat într-un timp rezonabil și un buget", a spus Stephen Furber, profesor de inginerie computerizată la Universitatea din Manchester.

     "Deoarece abordarea este detaliată și laborioasă cu atenție, ea poate fi aplicată într-adevăr numai în unități neuronale mici, cum ar fi neuronii respiratorii descriși mai sus, dar există destul de puține circuite critice de control neuronal mici, care sunt vitale pentru a ne menține în viață, " a adăugat Furber.

Materialul integral poate fi studiat aici:

https://www.theguardian.com/science/2019/dec/03/bionic-neurons-could-enable-implants-to-restore-failing-brain-circuits?CMP=share_btn_fb&fbclid=IwAR2FyhDiVjRdAuzMWe4V7GC2TRRvfnFutKmkKpySLozszY_GuPXMIUzec1M