Ένα σημαντικό βήμα προς τη σύγκλιση βιολογίας και τεχνολογίας πραγματοποίησαν ερευνητές, κατασκευάζοντας μικροσκοπικούς τεχνητούς νευρώνες που μπορούν να «συνομιλούν» με πραγματικά εγκεφαλικά κύτταρα ποντικών.
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Nanotechnology, εντάσσεται στο ταχέως αναπτυσσόμενο πεδίο των νευρομορφικών υπολογιστών — συστημάτων που επιχειρούν να προσεγγίσουν τη λειτουργία του ανθρώπινου εγκεφάλου.
Όπως εξηγεί ο επικεφαλής της έρευνας, Mark Hersam από το Northwestern University, στόχος είναι η δημιουργία υπολογιστικών συστημάτων που θα επεξεργάζονται τεράστιους όγκους δεδομένων με πολύ χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας — μια κρίσιμη πρόκληση στην εποχή της τεχνητής νοημοσύνης.
Από την πληροφορική στην ιατρική
Η συγκεκριμένη εξέλιξη δεν αφορά μόνο την υπολογιστική ισχύ. Οι τεχνητοί νευρώνες θα μπορούσαν να αποτελέσουν τη βάση για πιο προηγμένες διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή, επιτρέποντας τον έλεγχο συσκευών μέσω νευρικής δραστηριότητας.
Τέτοιες εφαρμογές περιλαμβάνουν προσθετικά μέλη και συστήματα υποβοηθούμενης επικοινωνίας. Σε πιο μακροπρόθεσμο ορίζοντα, οι τεχνολογίες αυτές θα μπορούσαν να συμβάλουν στην αποκατάσταση κατεστραμμένων νευρικών κυττάρων ή στη βελτίωση λειτουργιών που πλήττονται από ασθένειες όπως η Alzheimer’s disease.
Πώς δημιουργήθηκαν οι τεχνητοί νευρώνες
Η πρόκληση για τους επιστήμονες ήταν να ξεπεράσουν τα όρια των συμβατικών ηλεκτρονικών. Τα παραδοσιακά τσιπ πυριτίου είναι άκαμπτα και λειτουργούν με σταθερές συνδέσεις, σε αντίθεση με τον εγκέφαλο, όπου οι νευρώνες είναι ευέλικτοι και προσαρμόζουν συνεχώς τις συνδέσεις τους.
Για να προσεγγίσουν αυτή τη δυναμική λειτουργία, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια νέα τεχνική βασισμένη σε εκτυπώσιμα «μελάνια» που περιέχουν υλικά όπως το γραφένιο και το δισουλφίδιο του μολυβδαινίου. Τα υλικά αυτά τυπώθηκαν πάνω σε εύκαμπτο πολυμερές υπόστρωμα.
Αντί να αποτελέσει εμπόδιο, το πολυμερές αξιοποιήθηκε δημιουργικά: μέσω ελεγχόμενης θέρμανσης, οι επιστήμονες κατάφεραν να δημιουργήσουν μικροσκοπικές δομές που επιτρέπουν την απότομη αύξηση και μείωση του ηλεκτρικού ρεύματος — μια συμπεριφορά που μιμείται την ηλεκτρική «εκφόρτιση» των νευρώνων.
«Συνομιλία» με τον εγκέφαλο
Το κρίσιμο τεστ ήταν αν τα τεχνητά αυτά σήματα μπορούν να αναγνωριστούν από ζωντανό ιστό. Οι ερευνητές τοποθέτησαν τους τεχνητούς νευρώνες δίπλα σε εγκεφαλικά κύτταρα ποντικών σε εργαστηριακές συνθήκες.
Το αποτέλεσμα ήταν εντυπωσιακό: τα νευρικά κύτταρα ανταποκρίθηκαν, συγχρονίζοντας τη δραστηριότητά τους με τα τεχνητά σήματα. Με άλλα λόγια, «διάβασαν» το τεχνητό ερέθισμα σαν να προερχόταν από φυσικούς νευρώνες.
Το επόμενο βήμα
Οι επιστήμονες επισημαίνουν ότι το επόμενο μεγάλο στοίχημα είναι η δημιουργία ολοκληρωμένων κυκλωμάτων με τεχνητικές συνάψεις — δηλαδή συνδέσεις μεταξύ νευρώνων — ώστε να προσεγγιστεί ακόμη περισσότερο η λειτουργία του εγκεφάλου.
Αν επιτευχθεί, η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να φέρει επανάσταση τόσο στην πληροφορική όσο και στην ιατρική, ανοίγοντας τον δρόμο για νέες μορφές υπολογισμού και καινοτόμες θεραπείες.