Neuroni artificiali usano luce per comunicare con neuroni reali

Credito: geralt, Pixabay, 4922134

Un modo per far comunicare le reti neuronali artificiali con quelle biologiche è stato ideato da un team di ricercatori internazionale guidato da Ikerbasque Paolo Bonifazi dell’Istituto di ricerca sanitaria Biocruces (Bilbao, Spagna) e Timothée Levi dell’Istituto di scienze industriali, Università di Tokyo e del laboratorio IMS, Università di Bordeaux.
Questo nuovo sistema si serve dei segnali prodotti all’interno delle cosiddette reti neurali spiking (Spiking Neural Network, SNN), reti neurali artificiali a impulso che tendono a limitare in maniera più efficiente le reti neuronali biologiche.

Il nuovo sistema, come riferisce il comunicato stampa inerente lo studio (pubblicato su Scientific Reports), converte i segnali elettrici artificiali in un modello visivo il quale, a sua volta, viene usato per attivare i neuroni reali tramite stimolazione optogenetica. L’optogenetica è una tecnica che si basa sull’utilizzo di proteine sensibili alla luce prelevate, per esempio, da alghe oppure da determinati animali.

Si tratta di progressi che, secondo i ricercatori, potrebbero rivelarsi utili per i futuri dispositivi neuroprotesici che potrebbero sostituire i neuroni danneggiati con circuiti di “neuroni” artificiali.
Imitare i neuroni reali del cervello si rivela utile nel campo delle neuroprotesi ma è molto difficile in quanto gli stessi neuroni comunicano in maniera molto precisa e comunque difficile da imitare con una rete neurale elettronica.

Proprio per questo i ricercatori di questo team internazionale hanno pensato di convertire i segnali elettrici in luce: “I progressi della tecnologia optogenetica ci hanno permesso di colpire con precisione i neuroni in un’area molto piccola della nostra rete neuronale biologica”, spiega Levi.
I ricercatori hanno usato proteine che vengono attivate dalla luce blu per convertire l’elettricità della rete neuronale in un particolare schema che permette, almeno nei neuroni in coltura, di produrre un’attività sincrona che segue determinato ritmo.

“La chiave del nostro successo”, spiega ancora Levi, “era capire che i ritmi dei neuroni artificiali dovevano corrispondere a quelli dei neuroni reali. Una volta che siamo riusciti a farlo, la rete biologica è stata in grado di rispondere alle ‘melodie’ inviate da quello artificiale. I risultati preliminari ottenuti durante il progetto europeo Brainbow ci aiutano a progettare questi neuroni artificiali biomimetici”.
Un eventuale dispositivo protesico che utilizzi un sistema del genere potrebbe essere in grado di sostituire i circuiti dei cervelli biologici danneggiati per ripristinare la comunicazione tra le varie aree dello stesso cervello.

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