Nauka  / Artykuł

Naukowcom udało się stworzyć programowalne neurony kompatybilne z ludzkim układem nerwowym

Urazy mózgu lub rdzenia kręgowego to problemy, których często nie da się rozwiązać żadną terapią. Wkrótce jednak ta sytuacja może ulec zmianie. Naukowcy z Uniwersytetu w Bath stworzyli sztuczne, oparte na krzemie neurony.

W obszarze mózgu, w którym pojawia się jakaś choroba zwyrodnieniowa, jak na przykład choroba Alzheimera, neurony przestają funkcjonować prawidłowo. Taki wadliwy układ biologiczny można teoretycznie zastąpić obwodem syntetycznym - powiedział Alain Nogaret, fizyk, który kierował projektem na uniwersytecie w Bath.

Zespołowi Nogareta udało się, jak na razie stworzyć zamienniki dwóch rodzajów neuronów - komórek hipokampa (obszar mózgu odpowiedzialny m.in. za pamięć i orientację przestrzenną) oraz komórek mózgowych odpowiedzialnych za kontrolę naszego procesu oddychania.

Warto w tym miejscu zaznaczyć, że konstrukcja bionicznych neuronów została zaprojektowana z myślą o ich jak najmniej problematycznej integracji z uszkodzoną częścią układu nerwowego.

Zamiast bezpośrednich wszczepów, sztuczne neurony zostały wbudowane w mirkoczipy o bardzo niskiej mocy i niewielkim rozmiarze, co w przyszłości pozwoliłoby na ich mało inwazyjny montaż. Ich zapotrzebowanie na energię elektryczną wynosi zaledwie 140 nanowatów - to jedna miliardowa zapotrzebowania tradycyjnych mikroprocesorów.

Do czego można wykorzystać sztuczne neurony?

Układy stworzone przez zespół stanowią podstawę dla urządzeń, które podłączałyby się bezpośrednio do układu nerwowego, na przykład poprzez przechwytywanie sygnałów przechodzących między mózgiem a mięśniami nóg. Mogłyby być wykorzystywane również do leczenia zaburzeń neurologicznych, spowodowanych obumieraniem bądź degeneracją neuronów - naukowcy jako przykłady podają tutaj np. chorobę Alzheimera, czy niewydolność układu krążenia.

Ponieważ sztuczne neurony potrafią zarówno odbierać, jak i wysyłać sygnały, można je wykorzystywać do tworzenia implantów reagujących na neuronowe sygnały zwrotne, które nieustannie przebiegają przez nasz układ nerwowy. Do tego, sama konstrukcja sztucznego neuronu jest na tyle dokładna, że potrafi odtwarzać sygnał pochodzący z naturalnych neuronach z 94 proc. dokładnością. Oznacza to, że w przyszłości naukowcy będą w stanie zakodować na stworzonym przez siebie układzie dowolny typ neuronów, występujący w naszym organizmie.

Bioniczne, w pełni programowalne neurony

W czasopiśmie Nature Communications naukowcy opisali, w jaki sposób karmili stworzone przez siebie oprogramowanie, będące podstawą dla tworzenia sztucznych neuronów, danymi zarejestrowanymi z dwóch rodzajów neuronów szczurzych. Neurony pochodziły z hipokampa, regionu kluczowego dla pamięci i uczenia się, albo były zaangażowane w podświadomą kontrolę oddychania.

Zespół Nogareta twiedzi, że jego oprogramowanie dysponuje odpowiednią liczbą danych, aby tworzyć sztuczne neurony w oparciu o dowolne prawdziwe komórki nerwowe, znajdujące się w mózgu, rdzeniu kręgowym lub w bardziej odległych obszarach obwodowego układu nerwowego, takie jak neurony czuciowe w skórze.

Potencjał jest nieograniczony pod względem zrozumienia, jak działa mózg, ponieważ mamy teraz podstawowe zrozumienie i wgląd w funkcjonalną jednostkę mózgu, a także zastosowania, które mogą być stosowane w celu poprawy pamięci, przezwyciężenia paraliżu i złagodzenia neurologicznych chorób - powiedział Julian Paton, współautor badania.

Niewykluczone również, że model sztucznego neurona zostanie wykorzystany do tworzenia sztucznych sieci neuronowych. Pytanie tylko, czy imitacja ludzkiego neuronu okazałaby się lepsza w tym zastosowaniu, niż aktualnie funkcjonujące algorytmy komputerowe.

Kolejne pytanie, które nasuwa się w związku z tym odkryciem, to w jaki sposób moglibyśmy modyfikować sygnały wysyłane przez nasz tradycyjny system nerwowy, tak aby usprawnić jego działanie? Być może tego typu bioniczne mikroprocesory mogłyby zostać wykorzystane jako pomost pomiędzy mózgiem i komputerem.

Skoro naukowcy twierdzą, że są w stanie modelować już dowolny rodzaj neuronów występujących w naszym organizmie i z dużą dokładnością odczytywać wysyłane przez nich sygnały, być może jest to idealna okazja na stworzenie nowej generacji interfejsu mózg-komputer, który w przyszłości mógłby rozwinąć się w komercyjny produkt.

Potencjał tego odkrycia jest z pewnością ogromny. Pytanie tylko, czy zainteresują się nim odpowiedni inwestorzy. Na przykład Neuralink?

przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst