Naukowcy wszczepili krzemową sieć neuronową na czipie do mózgu żywego zwierzęcia.
Mózg jest nieprawdopodobnie skomplikowaną siecią, która wyewoluowała w celu przetwarzania informacji ze świata rzeczywistego poprzez zdarzenia elektryczne i samoorganizujące się połączenia. Zaburzenia działania tych sieci mogą prowadzić do chorób neurologicznych, takich jak choroba Parkinsona i demencja.
W ramach finansowanego przez UE projektu SYNCH naukowcy opracowali innowacyjny interfejs mózg-komputer, łączący sztuczną sieć na czipie krzemowym z siecią biologiczną w szczurzym mózgu. Uczeni liczą, że pewnego dnia uda się wykorzystać taki system do przesyłania informacji przez uszkodzone sieci neuronowe w ludzkim mózgu.
„Chcielibyśmy, aby pewnego dnia sztuczne neurony mogły zastępować uszkodzone neurony w mózgu i pozwolić na naprawę jego funkcji poprzez odbieranie i wysyłanie sygnałów do tych neuronów, które pozostały nieuszkodzone. Przed nami jeszcze jednak długa droga”, mówi Stefano Vassanelli, profesor fizjologii na Uniwersytecie w Padwie.
Innowacyjna koncepcja zrodzona w laboratorium
Podczas wcześniejszego unijnego projektu Vassanelli i jego współpracownicy byli w stanie sprawić, aby neurony mózgowe hodowane na szalce i sztuczne neurony na chipie wymieniały sygnały w podobny sposób jak robią to neurony w mózgu.
„Dlaczego więc nie spróbować pozwolić sztucznym i biologicznym neuronom komunikować się w ten sam sposób w prawdziwym mózgu? To był punkt wyjścia dla projektu SYNCH”, mówi Vassanelli.
Nowe urządzenie jest wszczepiane do mózgu zwierzęcego i może być kontrolowane z zewnątrz. Zespół jest jednak przekonany, że inspirowana mózgiem sztuczna inteligencja sprawi, że takie implanty będą bardziej efektywne i autonomiczne, a także będą skuteczniej przywracać funkcję mózgu.
Dzięki projektowi SYNCH naukowcom udało się potwierdzić słuszność tej koncepcji w mózgu szczura.
Zaobserwowali, że sztuczne neurony mogą rozumieć bodźce dotykowe prezentowane zwierzęciu lub pochodzące z innych neuronów w głębokich strukturach mózgu – o ile bodźce te są związane z wewnętrzną nagrodą i uczeniem się. Jednocześnie wykazali, że sztuczne neurony mogą do pewnego stopnia kontrolować neurony mózgowe.
Komunikacja ze szczurzym mózgiem przez internet
Wszczepienie sztucznego mózgu szczurowi byłoby trudnym zadaniem w każdych okolicznościach, jednak podczas pandemii COVID-19 wiązało się z dodatkowymi trudnościami: poszczególne części interfejsu mózgowego utknęły bowiem w kilku różnych krajach. Na szczęście zespołowi udało się z tym uporać.
„Dzięki przesyłaniu sygnałów przez internet byliśmy w stanie stworzyć hybrydę mózgu i sztucznych neuronów, rozproszoną w różnych krajach Europy”, wyjaśnia Vassanelli. „Co prawda komunikacja nie była optymalna z powodu opóźnień transmisji internetowej, ale było to bardzo pomocne przy opracowywaniu technologii”.
Główne wyzwanie polegało na dostarczeniu dowodów na to, że sztuczne neurony mogą rozróżniać różne treści informacyjne w aktywności neuronów mózgu, oraz wysyłaniu odpowiednich sygnałów, aby dostroić ich aktywność w kontrolowany sposób.
„Wymagało to szeroko zakrojonych wysiłków, związanych z opracowaniem zarówno teoretycznych algorytmów zarządzających sztuczną siecią neuronową, jak i technologii komunikacyjnych potrzebnych do rejestrowania i przesyłania sygnałów w czasie rzeczywistym”, mówi Vassanelli.
Budowa interfejsu mózg ludzki-komputer
Zespół chce teraz zapewnić mobilność, biokompatybilność i bezpieczeństwo technologii użytkowania niezbędne, aby umożliwić jej wszczepienie do ludzkiego mózgu.
„Musimy potwierdzić skuteczność i bezpieczeństwo urządzenia w zwierzęcym modelu schorzeń, takich jak choroba Parkinsona, by móc następnie zademonstrować jego działanie u ludzi”, dodaje na koniec Vassanelli.
Komentarze
[ z 0]