Neuronas vivas y artificiales conectadas a través de Internet

Un grupo de científicos de universidades del Reino Unido, Alemania, Italia y Suiza logró desarrollar un sistema para conectar neuronas artificiales con biológicas. Se conectaron a través de Internet utilizando un memristor, y tres elementos del sistema se colocaron en diferentes regiones de Europa.

La base del cerebro es un grupo de neuronas, las llamadas redes neuronales. Las neuronas individuales se unen entre sí mediante sinapsis. Las nuevas tecnologías permiten desarrollar análogos de neuronas y conectarlas con sinapsis artificiales. Por supuesto, todo esto está en un nivel relativamente primitivo, pero con el tiempo, los científicos tienen éxito en proyectos cada vez más complejos.

Bueno, se necesita un memristor en dicha red artificial para aumentar la eficiencia de la transmisión de señal de una neurona a otra.

El elemento principal de una red artificial es un análogo semiconductor de una neurona. Este es un chip de millones de transistores. El chip generó impulsos eléctricos, que primero llegaron al memristor y, a través de él, a través del microelectrodo a la neurona del hipocampo del ratón. Al final resultó que, la señal eléctrica tuvo un efecto similar a los excitantes potenciales postsinápticos, a partir de los cuales se forman los impulsos neuronales en el cerebro.

Este microelectrodo desempeñaba el papel de una sinapsis, por lo que se llamaba sinaptor.



Las sinapsis reales son plásticas, y para lograr una analogía, los científicos transmitieron una señal al memristor a través de dos polos. El primero desempeñó el papel de estimulación presináptica, ya que recibió excitación de una neurona artificial. Bueno, el segundo se usó como una entrada postsináptica, devolviendo una respuesta de una neurona natural al memristor.

Por cierto, la cadena resultó ser bastante complicada, pero al final todo funcionó, como se esperaba.



Además, se desarrolló la segunda parte del sistema: es necesaria para transmitir una señal de una neurona viva a una de silicio. Los científicos han creado un sistema de registro de neuronas utilizando el llamado método de fijación potencial local. Después de eso, los pulsos ingresaron al segundo memristor, y luego a la neurona artificial.

El resultado fue un circuito híbrido que transmite una señal de una célula de silicio a una neurona real.

Como se indicó anteriormente, los elementos del sistema estaban separados geográficamente. Entonces, las neuronas de silicio se ubicaron en Zurich, memristors, en Southampton, la cultura de las neuronas de los ratones, en Padua. Para transmitir señales a través de Internet, se utilizó el protocolo UDP.

Para demostrar las propiedades de los sinaptores, los científicos modelaron la potenciación a largo plazo de las sinapsis glutamatérgicas del hipocampo. En el modelo resultante, la primera neurona artificial funcionó como marcapasos. Produjo señales eléctricas de cierta frecuencia. Al mismo tiempo, los recuerdos actuaban como una membrana postsináptica, que agrega la función de plasticidad al cerebro.

Los desarrolladores programaron los memristores de tal manera que cambiaron la resistencia en respuesta a la frecuencia de descarga de la neurona biológica. Este último fue registrado por entrada postsináptica. Así es como funcionan los receptores de células del hipocampo. Bueno, el segundo memristor trabajó en modo de carga aleatoria. Dio impulsos al azar, y su actividad fue influenciada por una neurona natural a través de un memristor.



Como resultado, una célula viva mostró actividad, manteniéndola incluso después de una disminución en la frecuencia de irritación. El tercer elemento de la cadena, al final, mostró una mayor actividad espontánea. Si los científicos redujeron la velocidad de descarga del marcapasos, se desarrolló una depresión a largo plazo, durante la cual disminuyó la actividad de todo el sistema.

¿Por qué y cómo puedo usar este sistema? Según los científicos, ayudará a desarrollar terapias para las arritmias cardíacas, la hipertensión, las lesiones de la médula espinal y la enfermedad de Parkinson.



Por cierto, uno de estos días se supo acerca de otra opción para el uso de memristors. Fueron utilizados por científicos del Centro de Investigación "Instituto Kurchatov" para almacenar y procesar datos. Serán útiles en sistemas de reconocimiento de voz y personas en complejos de transporte y seguridad. En unos pocos años, las tecnologías pueden alcanzar un nivel en el que dichos sistemas serán muy pequeños y tendrán una enorme capacidad de información.