Sztuczne neurony to temat, nad którym naukowcy z Uniwersytetu Linköping pracują od dawna. W 2022 r. zespół uczonych pod kierunkiem prof. Simone Fabiano zintegrował sztuczny neuron z żywą rośliną mięsożerną, a teraz poszedł krok dalej. W pracy opublikowanej w czasopiśmie Nature Materials, Szwedzi zbudowali sztuczną komórkę nerwową, zwaną “organicznym neuronem elektrochemicznym opartym na przewodnictwie” (c-OECN), która naśladuje 15 z 20 cech typowych dla neuronów biologicznych.
Jednym z kluczowych wyzwań w tworzeniu sztucznych neuronów, które skutecznie naśladują prawdziwe komórki nerwowe, jest możliwość włączenia modulacji jonowej. Tradycyjne sztuczne neurony wykonane z krzemu mogą emulować wiele cech neuronów, ale nie mogą komunikować się poprzez jony. W przeciwieństwie do nich, c-OECN wykorzystują jony, aby zademonstrować kilka kluczowych cech prawdziwych biologicznych neuronów. Prof. Simone Fabiano z Uniwersytetu Linköping
Sztuczne neurony – kiedy powstaną?
Już 5 lat temu, zespół prof. Fabiano jako jeden z pierwszych na świecie opracował organiczne tranzystory elektrochemiczne oparte na polimerach przewodzących typu n, czyli materiałach mogących transportować ładunki ujemne. Od tego czasu uczeni znacznie usprawnili te tranzystory i obecnie mogą drukować ich tysiące na elastycznym podłożu.
Czytaj też: 70 bilionów klatek na sekundę. Tyle potrzeba, by zobaczyć impulsy wysyłane przez neurony
W nowym sztucznym neuronie, jony są wykorzystywane do kontroli przepływu prądu przez polimer przewodzący typu n, co prowadzi do skoków napięcia urządzenia. Podobny proces zachodzi w biologicznych komórkach nerwowych. Nietypowy materiał pozwala na zwiększenie i zmniejszenie prądu w niemal idealnej krzywej kształcie dzwonu, która pod wieloma względami przypomina modyfikacje kanałów sodowych występujących w układach biologicznych.
Sztuczny neuron c-OECN podłączono do nerwu błędnego myszy i był on w stanie go stymulować, powodując zmianę rytmu serca o 4,5 proc. Może wydawać się to niewielka zmiana, ale w odniesieniu do całego organizmu jest znacząca.
Czytaj też: Naukowcy nauczyli neurony grać w Ponga. Przełom czy już “zabawa w Boga”?
Już sam fakt, że sztuczny neuron może stymulować nerw błędny, jest wielkim sukcesem. Może to pomóc w opracowaniu zupełnie nowych terapii. Kolejnym ważnym krokiem będzie zmniejszenie zużycia energii sztucznego neuronu, które wciąż jest za duże w porównaniu z neuronami biologicznymi.
Jest wiele rzeczy, których wciąż nie rozumiemy w pełni na temat ludzkiego mózgu i komórek nerwowych. W rzeczywistości nie wiemy, jak komórka nerwowa wykorzystuje wiele z tych 15 wykazanych cech. Naśladowanie komórek nerwowych może pozwolić nam lepiej zrozumieć mózg i zbudować obwody zdolne do wykonywania inteligentnych zadań. Przed nami długa droga, ale to badanie to dobry początek. Dr Padinhare Cholakkal Harikesh z Uniwersytetu Linköping