Podcast #VociCuAutoritate COVID-19
Podcast #VociCuAutoritate COVID-19

Neurons-on-chip: Primii neuroni artificiali, identici ca proprietăți și funcții cu cei biologici, dezvoltați în scopul vindecării afecțiunilor cronice

mm
24 Dec 2019
5255 Views

Oamenii de știință din cadrul Universității din Bath, Marea Britanie, au reușit să obțină neuroni artificiali, care se comportă în totalitate precum neuronii biologici, răspunzând la stimuli electrici și îndeplinind funcția corespunzătoare.

Nu numai că au aceleași caracteristici ca cei biologici, însă pot fi utilizați în diverse implanturi medicale, în obținerea dispozitivelor bio-electronice, în scopul tratării unui număr vast de afecțiuni precum insuficiența cardiacă, boala Alzheimer sau boli degenerative.

abonare

Replicarea funcțiilor și proprietăților electrice ale neuronilor, precum și obținerea unor dispozitive care să răspundă corespunzător la stimulii electrici de la nivelul sistemului nervos, au reprezentat dintotdeauna două mari provocări pentru lumea medicală și oamenii de știință de pretutindeni.

Acest lucru se datorează în principal complexității unor astfel de elemente și răspunsurilor neuronale, non-liniare, greu de prezis. În obținerea neuronilor artificiali, oamenii de știință au modelat numeroase ecuații matematice pentru a putea explica modul în care neuronii răspund la stimulii electrici proveniți din alți nervi.

Neuroni artificiali cip silicon

Pentru studiu, au fost luați drept model și replicați neuroni proveniți din zona hipocampului și neuroni respiratori de șobolan.
Sursă imagine: bath.ac.uk

Această descoperire deschide calea pentru nenumărate posibilități în tratarea și chiar vindecarea diverselor afecțiuni în care fie neuronii nu mai funcționează cum trebuie, fie și-au pierdut complet funcțiile, fie chiar au murit.

Neuronii artificiali pot fi utilizați în repararea bio-circuitelor afectate din organism, fiind capabili să reproducă funcția celor biologici și să răspundă corespunzător la feedbackul provenit din partea organismului.  

„Activitatea noastră de cercetare reprezintă o schimbare de paradigmă în medicină deoarece oferă posibilitatea de a reproduce proprietățile electrice ale neuronilor reali în cele mai mici detalii. Mai mult decât atât, neuronii pe care i-am obținut au nevoie de o putere de numai 140 nW” – afirmă autorul studiului Prof. Alain Nogaret, University of Bath, Department of Physics

În alcătuirea neuronilor artificiali, oamenii de știință au creat niște cipuri pe bază de silicon, material semiconductor, care mimează în totalitate canalele ionice biologice. În procesul de obținere și testare a acestor dispozitive, au fost replicate și fenomenele care au loc în momentul în care diverși stimuli acționează asupra acestor neuroni.

Pentru studiu, au fost luați drept model și replicați neuroni proveniți din zona hipocampului și neuroni respiratori provenind de la șobolan.

„În momentul de față încercăm să dezvoltăm un pacemaker inteligent care nu numai că stimulează funcția de pompă a inimii cu o rată stabilă, dar folosește și acești neuroni artificiali pentru a răspunde în timp real la necesitățile inimii” – continuă Prof. Nogaret

Studiul integral care a condus la obținerea neuronilor artificiali poate fi citit în Nature Communications.

În videoclipul atașat puteți afla detalii despre cum au fost construiți și cum funcționează mai exact acești neuroni artificiali.

Aplicabilitatea neuronilor artificiali este nemărginită. Spre exemplu, pot fi utilizați în insuficiența cardiacă, unde o serie de neuroni din creier nu răspund corespunzător la feedbackul sistemului nervos, motiv pentru care nu trimit semnalele potrivite către inimă. În acest fel, inima nu mai pompează sânge așa cum ar trebui în mod normal.

Insuficiența cardiacă este o afecțiune care în România afectează peste 1 milion de persoane, iar rata de incidență se află într-o continuă creștere. Ce este această boală și ce impact are asupra pacienților găsiți în acest articol.

Tehnologia „on-chip” prin intermediul căreia au fost creați acești neuroni artificiali a fost utilizată și pentru obținerea unui țesut pulmonar artificial (lung-on-chip) dar și pentru formarea unor vase de sânge artificiale (microvasculature-on-chip). Beneficiind de aceste dispozitive, oamenii de știință pot realiza variate teste mult mai facil, eficientizând procesul de descoperire a noi medicamente sau modalități de tratament.

Citește și: