Neurociencia

Desarrollan Neurona Artificial que Podría Reparar Lesiones Cerebrales

Crédito de la imagen: una neurona artificial en su carcasa protectora. Foto cortesía de la Universidad de Bath.

Este avance podría permitir reparar circuitos defectuosos que causan afecciones como insuficiencia cardíaca y apnea del sueño, y tambien reemplazar nervios dañados causados ​​por
lesiones en la columna vertebral.

La fusión del hombre y la máquina es un elemento básico de la ciencia ficción y está en el corazón de la filosofía del transhumanismo. Pero, la interconectividad de nuestros cerebros con las computadoras ha demostrado ser increíblemente difícil, a pesar de que ambas funcionan esencialmente con impulsos eléctricos.

Imagine, por ejemplo, si una lesión cerebral pudiera repararse con un chip de computadora. Eso puede no estar muy lejos; esta semana, los investigadores informaron sobre una “neurona de estado sólido” que modela con precisión el comportamiento de nuestras células nerviosas. En un artículo en Nature Communications, el equipo dice que los dispositivos podrían conectarse a circuitos neuronales biológicos para reparar daños o enfermedades.

«Hasta ahora, las neuronas han sido como cajas negras, pero hemos logrado abrir la caja negra y mirar dentro», dijo el líder del proyecto Alain Nogaret, de la Universidad de Bath en el Reino Unido, en un comunicado de prensa. «Nuestro trabajo cambia el paradigma porque proporciona un método robusto para reproducir las propiedades eléctricas de las neuronas reales en minucioso detalle».

Una razón importante por la que ha sido tan difícil replicar con precisión el comportamiento de las neuronas en el silicio, es porque la forma en que responden a los estímulos no es lineal. En otras palabras, una señal dos veces más fuerte no necesariamente generará una respuesta que sea dos veces más fuerte.

Los investigadores resolvieron el problema recolectando datos de dos tipos de neuronas de rata. El primero era de la región del hipocampo del cerebro, que participa en el aprendizaje y la memoria, y el segundo del centro respiratorio, que controla la respiración.

Usaron estos datos para estimar los parámetros que controlan cómo fluyen los iones a través de las neuronas y luego usaron esos parámetros para crear un modelo que explica cómo las neuronas responden a los estímulos de otros nervios. Luego usaron ese modelo para construir chips de silicio analógicos que modelaron con precisión el comportamiento de las neuronas reales.

Para probar sus chips, los sometieron a 60 protocolos de estimulación diferentes y compararon sus respuestas con las observadas en el hipocampo de la rata y las neuronas del tronco encefálico. Los chips lograron una precisión del 94 por ciento.

Críticamente, las neuronas biónicas usan solo 140 nano vatios de potencia, una billonésima parte de la cantidad de un microprocesador regular, lo que las hace mucho más prácticas para aplicaciones a largo plazo dentro del cuerpo. Cada chip tiene aproximadamente 0.1 milímetros de diámetro, pero muchos de ellos tendrían que combinarse para crear un implante práctico, que tendría unos pocos milímetros de ancho.

Los investigadores ya han creado una compañía llamada Ceryx para comenzar a desarrollar un marcapasos inteligente que utiliza las neuronas biónicas para responder a las señales en lugar de simplemente proporcionar un ritmo constante como un marcapasos normal. Pero dicen que su enfoque es genérico y podría usarse para replicar cualquiera de los muchos tipos diferentes de neuronas del cuerpo.

Eso podría permitir la reparación de circuitos defectuosos que causan afecciones como insuficiencia cardíaca y apnea del sueño, pero también podría reemplazar los nervios dañados causados ​​por lesiones en la columna o ayudar a conectar las extremidades robóticas al sistema nervioso de las personas, dijeron los investigadores al Guardian.

Una limitación potencial es que las neuronas biónicas no replican la compleja conectividad de las reales. Su modelo no cubre las muchas dendritas ramificadas que conectan las neuronas entre sí y agregar esas dinámicas podría requerir componentes adicionales.

Los investigadores también dicen que son un largo camino desde la replicación de los circuitos cerebrales más grandes, más complejas, y años luz fuera de ser capaz de reproducir todo un cerebro.

La Universidad de Manchester Stephen Furber, que ha diseñado un procesador-de-millón, en un ordenador llamado Spinnaker diseñado para modelar las redes cerebrales a gran escala, dijo que el uso de este método para crear redes de incluso unos pocos cientos de millones de neuronas sería inviable – y el cerebro contiene aproximadamente 86 mil millones de ellas.

«Debido a que el enfoque es detallado y laborioso, en realidad solo se puede aplicar en la práctica a unidades neuronales más pequeñas, como las neuronas respiratorias descritas anteriormente, pero hay bastantes pequeños circuitos críticos de control neuronal que son vitales para mantenernos vivos,» agregó.

 

Fuente: Singularityhub.com

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