Scientia

Creierul tău găzduieşte în jur de 100 de miliarde de neuroni, între care se stabilesc şi se întrerup în permanenţă conexiuni, numite sinapse. Un grup de cercetători de la MIT şi Harvard a făcut un pas important spre imitarea cu un cip de siliciu a modului lor de funcţionare.

Există miliarde de astfel de conexiuni la nivel creierului, ele ajutând la orchestrarea tuturor activităţilor – de la mişcare şi învăţat, până la fixarea şi rememorarea amintirilor. 

Dar tot nu înţelegem cum funcţionează toate aceste conexiuni dintre neuroni. Acum cercetătorii de la MIT şi Harvard au creat un nou model de cip computerizat care ar putea schimba radical acest lucru.

Sinapsa reprezintă o conexiune între doi neuroni: unul presinaptic şi unul postsinaptic. Neuronii presinaptici eliberează neurotransmiţători, care acţionează asupra receptorilor din neuronii postsinaptici şi activează ceea ce noi numim canalele ionice din membrana celulei postsinaptice.

Canalele ionice sunt ca nişte gardieni ai neuronului; ele permit atomilor încărcaţi cu sarcină pozitivă, cum ar fi sodiul, potasiul sau calciul, să intre şi să iasă din celulă şi se crede că acestea joacă un rol important şi în reglarea plasticităţii sinaptice, adică fortificarea sau slăbirea conexiunilor neuronale în timp.

Toate astea înseamnă că atunci când neuronii ”vorbesc” unii cu ceilalţi, reglarea comunicării dintre aceştia nu se reduce la acţionarea unui întrerupător (pornit/oprit); şi totuşi, majoritatea cipurilor computerizate pe care le folosim pentru a reda activitatea cerebrală funcţionează în acest mod binar.

Dar cercetătorul Chi-Sang Poon şi colegii săi de la Divizia Ştiinţelor Sănătăţii şi a Tehnologiei din cadrul Harvard-MIT au creat un model de plasticitate sinaptică ce ar putea într-adevăr să redea procesele intracelulare complicate din interiorul unui singur neuron dintr-o singură sinapsă.

”Dacă vrei într-adevăr să redai funcţiile cerebrale într-un mod realist, trebuie să faci ceva mai mult decât să alternezi (adică să stabileşti şi să întrerupi conexiunile dintre neuroni)”, explică Poon. ”Trebuie să surprinzi procesele intracelulare bazate pe canalele ionice.”

Pentru a reuşi acest lucru, Poon şi colegii săi au creat un cip de siliciu cuprinzând 400 de tranzistori, ce permit curentului să circule nu într-un mod digital, de tipul oprit/pornit, ci într-un mod analog bine reglat (cipul este ilustrat în imaginea de mai jos).

”Putem ajusta parametrii circuitului astfel încât acesta să se potrivească anumitor canale ionice”, spune Poon. ”Avem acum o cale de a surprinde fiecare proces ionic care se petrece în interiorul unui neuron.”

Cercetătorii descriu implicaţiile descoperirilor lor în ultimul număr al publicaţiei Proceedings of the National Academy of Sciences:

”Acest dispozitiv sinaptic versatil poate fi utilizat în cadrul unei mari varietăţi de neuroproteze, interfeţe creier-maşină, în neurorobotică, neuromimetică, învăţarea cu ajutorul maşinăriilor şi chiar în cazul problemelor de control adaptiv inspirate de creier.”

Traducerea? Echipa crede că munca ei va putea fi aplicată în domenii diverse, de la cercetarea şi tratamentul bolilor până la integrarea în interfeţe creier-maşină.

Conform lui Poon, cipul este un pas uriaş către dobândirea unui nivel de înţelegere a minţii umane fără precedent, unul care ar putea în curând să ne permită să construim sisteme care să înlocuiască porţiuni ale unui creier afectat (de exemplu, noi tratamente pentru victimele accidentelor vasculare cerebrale) sau chiar să ”dezvolte o parte a sistemelor cerebrale peste capacitatea umană normală.” 

Puteţi citi întregul articol ştiinţific pe site-ul Proceedings of the National Academy of Sciences.

Textul reprezintă traducerea articolului A computer chip that emulates the human brain – and might one day replace it, publicat de io9.com.
Traducerea: Ana Cristina Dumitrache