Δημιουργήθηκε η πρώτη τεχνητή σύναψη εγκεφάλου που επικοινωνεί με τα ζωντανά κύτταρα

Νευρώνες-Εγκέφαλος-Πρόσωπο

Επιστήμονες από τις ΗΠΑ και την Ευρώπη κατάφεραν να δημιουργήσουν για πρώτη φορά, μία βιοϋβριδική τεχνητή σύναψη εγκεφάλου που μπορεί να επικοινωνήσει με τα ζωντανά εγκεφαλικά κύτταρα.

Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ είχαν παρουσιάσει το 2017 μία ηλεκτρονική συσκευή από οργανικά υλικά, η οποία αποτελούσε μια τεχνητή μορφή του συνδέσμου ανάμεσα στα εγκεφαλικά κύτταρα. Το 2019, εννέα τέτοιες τεχνητές συνάψεις είχαν συνδυαστεί σε μία ενιαία διάταξη, που μπορούσε να προγραμματιστεί από κοινού, ώστε να μιμείται την παράλληλη λειτουργία του εγκεφάλου.

Οι ερευνητές του Στάνφορντ σε συνεργασία με αντίστοιχους του Ιταλικού Ινστιτούτου Τεχνολογίας και το Ολλανδικό Πανεπιστήμιο του Αϊντχόβεν, οι οποίοι έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό για νέα υλικά «Nature Matierals», έδειξαν ότι η πρώτη βιοϋβριδική τεχνητή σύναψη είναι δυνατό να δουλέψει σε συνεργασία με πραγματικά ζωντανά κύτταρα και να επικοινωνήσει μαζί τους.

«Η μελέτη μας δείχνει τη μοναδική δύναμη των νέων υλικών που μπορούν να αλληλεπιδρούν με τη ζώσα ύλη. Τα ζωντανά κύτταρα δεν έχουν πρόβλημα να συνεργαστούν με το μαλακό πολυμερές υλικό της τεχνητής σύναψης. Αλλά η συμβατότητα πηγαίνει ακόμη παραπέρα, καθώς τα νέα υλικά εργάζονται με τα ίδια μόρια που οι νευρώνες χρησιμοποιούν στη φύση», δήλωσε ο καθηγητής Επιστήμης και Μηχανικής των υλικών του Στάνφορντ, Αλμπέρτο Σαλέο.

Σε αντίθεση με τις μέχρι τώρα νευρο-συσκευές που χρειάζονται αποκλειστικά ένα ηλεκτρικό σήμα για να ανιχνεύσουν και να επεξεργαστούν τα μηνύματα του εγκεφάλου, στη νέα τεχνητή σύναψη, η επικοινωνία της με τα ζωντανά εγκεφαλικά κύτταρα γίνεται με πιο φυσικό τρόπο μέσω ηλεκτροχημείας, καθώς το υβριδικό υλικό λαμβάνει μηνύματα από τα γειτονικά κύτταρα σαν να ήταν νευρώνας και το ίδιο.

Η τεχνητή σύναψη αποτελείται από δύο ηλεκτρόδια από μαλακό πολυμερές υλικό, διαχωρισμένα από ένα διάλυμα ηλεκτρολύτη, το οποίο παίζει τον ρόλο του μικρού κενού που διαχωρίζει δύο νευρώνες του εγκεφάλου. Ανάμεσα σε αυτό το κενό ταξιδεύουν συνεχώς οι ουσίες νευροδιαβιβαστές (π.χ. ντοπαμίνη), ώστε να επιτυγχάνεται η επικοινωνία μεταξύ των περιοχών του εγκεφάλου.

Όταν ζωντανά εγκεφαλικά κύτταρα τοποθετούνται πάνω σε ένα από τα ηλεκτρόδια, οι νευροδιαβιβαστές που απελευθερώνονται από τα εγκεφαλικά κύτταρα μπορούν να αλληλεπιδράσουν με το ηλεκτρόδιο της τεχνητής σύναψης και να παράγουν ιόντα. Όπως έδειξαν τα πειράματα με τρωκτικά που είχαν τέτοιες υβριδικές συνάψεις ενσωματωμένες στον εγκέφαλό τους, αυτά τα ιόντα ταξιδεύουν στο δεύτερο ηλεκτρόδιο και το τροποποιούν, όπως ακριβώς γίνεται η διαδικασία της μάθησης στις βιολογικές συνάψεις του εγκεφάλου.

«Δείξαμε ότι είναι δυνατή η φυσική επικοινωνία που εμπλέκει τόσο τη χημεία όσο και τον ηλεκτρισμό. Είναι το πρώτο μικρό βήμα για μία πραγματική διεπαφή εγκεφάλου-μηχανής», ανέφερε ο δρ Σαλέο. Τέτοιες διεπαφές μελλοντικά θα δοκιμαστούν στην ιατρική, τη νευροεπιστήμη και σε άλλα πεδία.

Πηγή ΑΠΕ-ΜΠΕ

Ετικέτες: ,

Δείτε ακόμα...