Kunstmatig brein gebruikt licht om met echte neuronen te praten
Bij een arm- of beenprothese kan iedereen zich wel een voorstelling maken, maar hoe zou zoiets eruit moeten zien als het een beschadigd deel van de hersenen is dat je wilt vervangen? En hoe krijg je een prothese van kunstmatige neuronen zover dat het kan communiceren met echte neuronen? Een groep onderzoekers kreeg precies dat voor elkaar en ze gebruikten licht als communicatiemiddel.
Het is niet de eerste keer dat wetenschappers kunstmatige neuronen hebben weten te maken, maar wat er tot nu toe was ontwikkeld was nog niet echt geschikt voor een neuroprothese. Neuronen in ons brein communiceren heel precies, per neuron, maar het stimuleren van neuronen van buitenaf kon nog niet zo precies. Medicijnen die het gedrag van neuronen beïnvloeden werken te traag en elektrische stimuli niet gericht genoeg.
Daarom maken de onderzoekers gebruik van: optogenetica. Een techniek waarbij een licht-gevoelig eiwit in werkende neuronen wordt geplaatst. Eenzelfde eiwit als je vindt in bijvoorbeeld algen. Als daar met een bepaald licht op geschenen wordt, activeert of deactiveert dat eiwit de neuron. Zo kun je dus neuronen besturen van buitenaf.
Chip
Maar wat als je kunstmatige neuronen wilt laten samenwerken met biologische neuronen? In deze studie vertaalden ze de elektrische output van kunstmatige neuronen naar een patroon van blauw licht. Dat projecteerden ze op een gekweekt biologisch stukje brein. De neuronen die met licht werden beschenen reageerden met een patroon van signalen. Door daar de lichtpatronen weer op aan te passen, vonden ze de juiste taal waarmee ze de kunstmatige en biologische neuronen met elkaar konden laten 'praten'.
Ze hopen hiermee in de toekomst een hele kleine chip te kunnen maken die in de hersenen of op het hoofd geplaatst kan worden en die kapotte neuronen helpt herstellen, of ze helemaal vervangt als dat niet meer mogelijk is. Ook kijken ze of deze kunstmatige neuronen kunnen bijdragen aan betere kunstmatige intelligentie.
In deze audio hoor je onderzoeker Timothée Levi van het Institute of Industrial Science van de University of Tokyo. Meer over het onderzoek lees je hier: Artificial pieces of brain use light to communicate with real neurons. De volledige paper vind je op de site van Nature Scientific Reports: Toward neuroprosthetic real-time communication from in silico to biological neuronal network via patterned optogenetic stimulation.
Wetenschap Vandaag
Over diepzeediertjes die broeikasgassen eten, immuuncellen die zichzelf opofferen en de zoektocht naar planeten. Over de nieuwste medicijnen, zonnecellen en sensoren. Kortom: hoe werkt de wereld om ons heen en hoe kunnen we hem nog beter maken?
