Sztuczne neurony światłem komunikują się z prawdziwymi

Proteza może zastępować nie tylko utraconą rękę czy nogę. W przyszłości, jak twierdzą niektórzy specjaliści, będzie można nawet zastępować uszkodzone części mózgu.

Choć udało się stworzyć już różnego typu sztuczne neurony, żadne z nich nie nadawały się do tego typu protez. Komórki nerwowe komunikują się bowiem bardzo precyzyjnie, a elektryczne sygnały sztucznych neuronów nie mogą pobudzać prawdziwych komórek z dużą dokładnością.

Zespół z hiszpańskiego Instytutu Badań Medycznych BioCruces, Universitu w Tokyo i Uniwersytetu w Bordeaux opracował więc inne rozwiązanie. Po pierwsze, badacze zmodyfikowali nieco żywe neurony hodowane w laboratorium. Umieścili w nich gen dla białka reagującego na niebieskie światło. Zajmująca się takimi zabiegami dziedzina nauki nosi nazwę optogenetyki.

W dalszej części eksperymentu zamienili elektryczny sygnał wysyłany przez sztuczne neurony właśnie na niebieskie światło. W ten sposób oświetlali mierzący 0,8 na 0,8 mm skrawek reagującej na światło tkanki nerwowej, tworząc wzór przypominający szachownicę.

W wyhodowanej tkance zareagowały tylko neurony, które znalazły się w jasnych polach.

To nie wszystkie innowacje wprowadzone przez badaczy. Okazuje się bowiem, że naturalne sieci neuronów działają w pewnym rytmie, który zależy od rodzaju neuronów, sposobu ich połączenia i reakcji.

„Kluczem do sukcesu było zrozumienie, że rytm sztucznych neuronów musiał być zsynchronizowany z rytmem żywych komórek. Kiedy udało nam się tego dokonać, biologiczna sieć mogą odpowiadać na ‘melodię’ sieci sztucznej” - opowiada dr Timothée Levi, jeden z autorów pracy, która ukazała się w piśmie „Scientific Reports”.

Odpowiednie grupy neuronów naukowcy przypisali do konkretnych pikseli na „szachownicy” i pobudzali neurony w rytmie, który po wielu próbach udało im się znaleźć.

„Włączenie optogenetyki do naszego systemu to krok w stronę praktycznych zastosowań” - twierdzi dr Levi. „Pozwoli ono na tworzenie przyszłych biomimetycznych (naśladujących wytwory natury - przyp. red.) urządzeń, które będą komunikowały się ze specyficznymi typami neuronów czy wybranymi neuronowymi zwojami” - wyjaśnia badacz.

Naukowcy uważają, że z czasem uda im się stworzyć nawet neuronalne protezy, które będą zastępowały uszkodzone części mózgu.

Więcej informacji na stronach:

https://www.iis.u-tokyo.ac.jp/en/news/3300/

wideo: https://www.eurekalert.org/multimedia/pub/232289.php

https://www.nature.com/articles/s41598-020-63934-4

mat/ zan/