Cercetătorii au creat celulele nervoase artificiale care funcționează aproape la fel ca cele biologice

Cercetătorii de la Universitatea Linköping (LiU), din Suedia, au creat celulele nervoase artificiale care imită îndeaproape caracteristicile neuronilor biologici. Acest neuron artificial poate stimula nervii naturali, făcându-l o tehnologie promițătoare pentru diferite tratamente medicale în viitor.

Lucrările pentru a dezvolta celulele nervoase artificiale din ce în ce mai funcționale continuă la Laboratorul de Electronică Organică, LOE. În 2022, o echipă de oameni de știință condusă de profesorul asociat Simone Fabiano a demonstrat modul în care un neuron organic artificial ar putea fi integrat într-o plantă carnivoră vie pentru a controla deschiderea și închiderea gurii.

Această celulă nervoasă sintetică a îndeplinit 2 din cele 20 de caracteristici care o diferențiază de o celulă nervoasă biologică.

Celulele nervoase artificiale care se comportă aproape ca neuronii naturali

În cel mai recent studiu al lor, publicat în revista Nature Materials, aceiași cercetători de la LiU au dezvoltat o nouă celulă nervoasă artificială numită „neuron electrochimic organic bazat pe conductanță” sau c-OECN, care imită îndeaproape 15 din cele 20 de trăsături neuronale care caracterizează celulele nervoase biologice, făcându-i funcționarea mult mai asemănătoare cu celulele nervoase naturale.

„Una dintre provocările cheie în crearea de neuroni artificiali care imită eficient neuronii biologici reali este capacitatea de a încorpora modularea ionică. Neuronii artificiali tradiționali din siliciu pot emula multe caracteristici neuronale, dar nu pot comunica prin ioni”, explică Fabiano.

„În schimb, c-OECN-urile folosesc ioni pentru a demonstra mai multe caracteristici cheie ale neuronilor biologici reali”, completează el.

Cum funcționează noua tehnologie?

În 2018, acest grup de cercetare de la Universitatea Linköping a fost unul dintre primii care a dezvoltat tranzistori electrochimici organici bazați pe polimeri conductori de tip n, care sunt materiale care pot conduce sarcini negative.

Acest lucru a făcut posibilă construirea de circuite electrochimice organice complementare imprimabile. De atunci, grupul lucrează la optimizarea acestor tranzistori, astfel încât să poată fi tipăriți într-o presă pe o folie subțire de plastic. Ca rezultat, acum este posibil să imprime mii de tranzistori pe un substrat flexibil și să îi folosească pentru a dezvolta celule nervoase artificiale, scrie Eurek Alert.

În neuronul artificial nou dezvoltat, ionii sunt utilizați pentru a controla fluxul de curent electronic printr-un polimer conducător de tip n, ceea ce duce la vârfuri în tensiunea dispozitivului. Acest proces este similar cu cel care are loc în celulele nervoase biologice.

Materialul unic din celula nervoasă artificială permite, de asemenea, creșterea și scăderea curentului într-o curbă aproape perfectă în formă de clopot, care seamănă cu activarea și inactivarea canalelor ionice de sodiu găsite în celula biologică.

„Alți polimeri prezintă și ei acest comportament, dar numai polimerii rigizi sunt rezistenți la dezordine, permițând funcționarea stabilă a dispozitivului”, spune Simone Fabiano.

Următorul pas în perfecționarea acestor celule

În experimentele efectuate în colaborare cu Institutul Karolinska (KI), celulele nervoase artificiale c-OECN au fost conectate la nervul vag al șoarecilor. Rezultatele arată că neuronul artificial poate stimula nervii șoarecilor, provocând o schimbare de 4,5% a ritmului cardiac.

Faptul că neuronul artificial poate stimula nervul vag ar putea, pe termen lung, să deschidă calea pentru aplicații esențiale în diferite forme de tratament medical. În general, semiconductorii organici au avantajul de a fi biocompatibili, moi și maleabili, în timp ce nervul vag are un rol cheie, de exemplu, în sistemul imunitar și metabolism.

Următorul pas pentru cercetători va fi reducerea consumului de energie al neuronilor artificiali, care este încă mult mai mare decât cel al celulelor nervoase umane. Rămân multe de făcut pentru a reproduce natura în mod artificial.

„Sunt multe lucruri pe care încă nu le înțelegem pe deplin despre creierul uman și celulele nervoase. De fapt, nu știm cum folosește celula nervoasă multe dintre aceste 15 caracteristici demonstrate. Imitarea celulelor nervoase ne poate permite să înțelegem mai bine creierul și să construim circuite capabile să îndeplinească sarcini inteligente. Avem un drum lung înainte, dar acest studiu este un început bun”, spune Padinhare Cholakkal Harikesh, autor principal al lucrării.

Vă recomandăm să citiți și:

Cercetătorii au reușit să prelungească viața șoarecilor prin reprogramarea genelor

Un medicament ar putea restabili amintirile pierdute după o noapte de „tocit”

Oamenii care suferă de sindromul Anton nu știu că sunt orbi

A fost creată perna care reduce sforăitul. Cum funcționează?