Pierwszy sztuczny neuron, który potrafi "rozmawiać" z tymi biologicznymi

Naukowcy od lat próbują odtworzyć działanie ludzkiego mózgu w postaci sztucznych komórek nerwowych. Większość dotychczasowych projektów była jednak daleka od ideału, ponieważ sztuczne neurony komunikowały się zbyt "głośno", zużywały ogromne ilości energii i w praktyce były niezdolne do naturalnej współpracy z biologicznymi odpowiednikami.

Opracowali sztuczne neurony, które potrafią "rozmawiać" z prawdziwymi (zdj. poglądowe)123RF/PICSEL

Teraz inżynierowie z University of Massachusetts Amherst ogłosili przełom - stworzyli sztuczny neuron, który potrafi porozumiewać się z naturalnym w sposób niemal identyczny jak nasze własne komórki nerwowe. Kluczową różnicą między nowym rozwiązaniem a wcześniejszymi modelami jest poziom napięcia i zużycie energii. Jak tłumaczy kierujący projektem inżynier Jun Yao, wcześniejsze konstrukcje wymagały nawet 10 razy wyższego napięcia i 100 razy więcej energii niż prawdziwy neuron.

Od "krzyku" do "szeptu"

"To tak, jakby sztuczny neuron wrzeszczał do swojego biologicznego odpowiednika" - obrazowo opisuje Yao. Problem w tym, że takie "krzyki" nie tylko pochłaniały ogrom energii, ale mogły także zniekształcać przekaz i przytłaczać naturalne neurony. Najnowszy model działa zupełnie inaczej, potrafi "szeptać" do biologicznego, zachowując pełną naturalność komunikacji.

Bakteryjne nanodruty

Przełom możliwy był dzięki wykorzystaniu nanodrutów białkowych wytwarzanych przez bakterie. Te naturalnie powstające struktury mają unikalną zdolność do działania w wilgotnym środowisku, co upodabnia je do prawdziwych komórek nerwowych.

Dzięki temu sztuczny neuron może funkcjonować w warunkach zbliżonych do tych, w jakich działa nasz mózg i wymieniać impulsy elektryczne z żywymi neuronami bez konieczności stosowania dodatkowych pośredników, jak światło czy skomplikowane systemy wzmacniające.

Jak podkreślają autorzy, to dopiero początek. Tworzenie sztucznych neuronów o właściwościach zbliżonych do biologicznych otwiera drzwi do nowej generacji urządzeń, a mianowicie neuromorficznych systemów, które mogą łączyć elektronikę i biologię w zupełnie nowy sposób.

Obecnie mamy wiele urządzeń typu wearable - od zegarków po sensory monitorujące zdrowie. Ale wszystkie one są nieporęczne i mało wydajne, ponieważ wymagają dodatkowego wzmacniania sygnału, zanim komputer zdoła go przeanalizować
tłumaczy Yao.

Nowe neurony mogą całkowicie wyeliminować ten krok. Urządzenia bazujące na niskonapięciowych sztucznych komórkach nerwowych nie będą potrzebowały żadnych dodatkowych wzmacniaczy, co oznacza mniejsze zużycie energii, prostszą konstrukcję i dużo większą wydajność.