Neurones vivants et artificiels connectés via Internet

Un groupe de scientifiques d'universités du Royaume-Uni, d'Allemagne, d'Italie et de Suisse a réussi à développer un système pour connecter les neurones artificiels aux neurones biologiques. Ils ont été connectés via Internet à l'aide d'un memristor, et trois éléments du système ont été placés dans différentes régions d'Europe.

La base du cerveau est un groupe de neurones, les soi-disant réseaux de neurones. Les neurones individuels se lient les uns aux autres par des synapses. Les nouvelles technologies permettent de développer des analogues de neurones et de les connecter avec des synapses artificielles. Bien sûr, tout cela est à un niveau relativement primitif, mais au fil du temps, les scientifiques réussissent dans des projets de plus en plus complexes.

Eh bien, un memristor dans un tel réseau artificiel est nécessaire afin d' augmenter l'efficacité de la transmission du signal d'un neurone à l'autre.

L'élément principal d'un réseau artificiel est un analogue semi-conducteur d'un neurone. Il s'agit d'une puce provenant de millions de transistors. La puce a généré des impulsions électriques, qui sont d'abord arrivées au memristor, et à travers lui, à travers la microélectrode jusqu'au neurone hippocampique de la souris. Il s'est avéré que le signal électrique a eu un effet similaire aux potentiels postsynaptiques excitants, à partir desquels des impulsions neuronales dans le cerveau sont formées.

Cette microélectrode a joué le rôle d'une synapse, elle a donc été appelée synaptor.



Les vraies synapses sont en plastique, et afin de réaliser une analogie, les scientifiques ont transmis un signal au memristor à travers deux pôles. Le premier a joué le rôle de stimulation présynaptique, car il a été excité par un neurone artificiel. Eh bien, le second a été utilisé comme entrée postsynaptique, renvoyant une réponse d'un neurone naturel au memristor.

Au fait, la chaîne s'est avérée assez compliquée, mais finalement tout a fonctionné comme prévu.



De plus, la deuxième partie du système a été développée - elle est nécessaire pour transmettre un signal d'un neurone vivant à un neurone en silicium. Les scientifiques ont créé un système d'enregistrement des neurones en utilisant la méthode dite de fixation potentielle locale. Après cela, les impulsions sont entrées dans le deuxième memristor, puis dans le neurone artificiel.

Le résultat a été un circuit hybride qui transmet un signal d'une cellule en silicium à un véritable neurone.

Comme indiqué ci-dessus, les éléments du système étaient géographiquement séparés. Ainsi, les neurones au silicium étaient situés à Zurich, les memristors - à Southampton, la culture des neurones de souris - à Padoue. Pour transmettre des signaux sur Internet, le protocole UDP a été utilisé.

Afin de démontrer les propriétés des synapteurs, les scientifiques ont modélisé la potentialisation à long terme des synapses hippocampiques glutamatergiques. Dans le modèle résultant, le premier neurone artificiel a fonctionné comme stimulateur cardiaque. Il a produit des signaux électriques d'une certaine fréquence. Les memristors agissaient en même temps comme une membrane postsynaptique, qui ajoute la fonction de plasticité au cerveau.

Les développeurs ont programmé les memristors de telle manière qu'ils changent la résistance en réponse à la fréquence de décharge du neurone biologique. Ce dernier a été enregistré par entrée postsynaptique. C'est ainsi que fonctionnent les récepteurs des cellules hippocampiques. Eh bien, le deuxième memristor fonctionnait en mode de charge aléatoire. Il a donné des impulsions au hasard et son activité a été influencée par un neurone naturel à travers un memristor.



En conséquence, une cellule vivante a montré une activité, la maintenant même après une diminution de la fréquence des irritations. Le troisième élément de la chaîne a finalement montré une activité spontanée accrue. Si les scientifiques ont réduit le taux de décharge du stimulateur cardiaque, une dépression à long terme s'est développée, au cours de laquelle l'activité de l'ensemble du système a diminué.

Pourquoi et comment utiliser ce système? Selon les scientifiques, il aidera à développer des thérapies pour les arythmies cardiaques, l'hypertension, les lésions de la moelle épinière et la maladie de Parkinson.



Soit dit en passant, un de ces jours, il est devenu connu une autre option pour l'utilisation des memristors. Ils ont été utilisés par les scientifiques du Centre de recherche «Institut Kurchatov» pour le stockage et le traitement des données. Ils seront utiles dans les systèmes de reconnaissance vocale et les personnes dans les complexes de transport et de sécurité. En quelques années, les technologies peuvent atteindre un niveau où ces systèmes seront de très petite taille et auront une énorme capacité d'information.