Neuroni artificiali e biologici comunicano a distanza

Neuroni biologici e neuroni artificiali connessi a distanza di chilometri: lo studio visionario che pone le basi per la Neuro-elettronica via internet.

La collaborazione tra l'Università di Padova, l'Università di Zurigo (Svizzera) e quella di Southampton (Inghilterra) ha permesso lo sviluppo di un laboratorio virtuale che ha messo in comunicazione neuroni biologici e neuroni artificiali. Un collegamento che supera le distanze fisiche e anche quelle biologiche.

Lo studio, guidato da Themis Prodromakis, professore di Nanotecnologie e direttore del Center for Electronics Frontiers all'Università di Southampton e pubblicato sulla rivista Nature Scientific Report, è stato articolato in tre fasi.

Da Padova a Zurigo passando per Southampton: neuroni biologici e neuroni artificiali "si parlano"

All'Università di Padova sono stati coltivati neuroni di topo in vitro che hanno inviato dei segnali elettrici via internet all'Università di Southampton. Qui, da tempo, è stato sviluppato un sistema di sinapsi nanoelettroniche (artificiali) chiamati memristors il quale ha elaborato i segnali inviati dai laboratori di Padova. La risposta è stata poi trasmessa, sempre via internet e sotto forma di segnali elettrici, all'Università di Zurigo dove, a riceverli, c'erano neuroni artificiali.

Ma facciamo un passo indietro.

Il neurone è la cellula del cervello (una delle tante del sistema nervoso) ed è responsabile della trasmissione dell'impulso nervoso ovvero di tutte quelle informazioni che passano attraverso il cervello.

Per far sì che ciò accada, sono necessarie tre componenti:

  • neurone numero 1 (presinaptico): rilascia delle molecole chiamate neurotrasmettitori che "veicolano" l'informazione
  • neurone numero 2 (postsinaptico): riceve i neurotrasmettitori e in base a essi modifica la propria attività
  • sinapsi collegamento tra i due neuroni che permette il passaggio dei neurotrasmettitori.

Normalmente, le tre componenti coinvolte nella trasmissione dell'impulso elettrico si trovano a distanze di pochi micron. Nello studio in oggetto, invece, non solo è stata garantita una comunicazione tra neuroni artificiali e neuroni biologici, ma ciò è avvenuto a una distanza di migliaia di chilometri.

Il processo è stato ripetuto anche in senso inverso (segnale partito dai neuroni artificiali di Zurigo, trasmesso alle sinapsi di Southampton e ricevuto dai neuroni biologici di Padova) con esito anche in questo caso positivo.

Lo studio dimostra che è possibile una comunicazione tra componenti biologiche e artificiali in tempo reale sfruttando tecnologie all'avanguardia.

Le prospettive in ambito medico sono chiaramente indirizzate verso la creazione di modelli artificiali in grado di rimpiazzare parti disfunzionali del cervello. Intervenire con chip di intelligenza artificiale là dove il cervello risulta danneggiato, questa è la sfida. Per il momento la ricerca ha mosso solo un timido passo verso questo obiettivo ma non è escluso che esso rappresenti la base della futura Neuro-elettronica che sfrutta Internet. Uno scenario che di certo smuoverà anche il comparto etico ma che in un futuro non troppo remoto, potrebbe garantire un supporto importante per danni cerebrali al momento irreversibili.

(Caterina Stile)

Bibliografia

Alexantrou Serb, Andrea Corna, Richard George, Ali Khiat, Federico Rocchi, Marco Reato, Marta Maschietto, Christian Mayr, Giacomo Indiveri, Stefano Vassanelli, Themistoklis Prodromakis. Memristive synapses connect brain and silicon spiking neuronsScientific Reports, 2020


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