Sono capaci di simulare il comportamento di quelle naturali. Si tratta delle prime sinapsi artificiali, appena messe a punto dai ricercatori del laboratorio di Tissue Electronics dell’Istituto italiano di tecnologia, in collaborazione con l’università di Eindhoven e l’università di Stanford. Nel loro studio, appena pubblicato su Nature Materials, i ricercatori sono riusciti a dimostrare come questo primo modello di sinapsi artificiale bioibrida, ovvero composta da un’interfaccia biologica e una piattaforma elettronica, è capace di simulare il comportamento delle connessioni nervose, interagendo con le cellule.
Ricordiamo che, nel sistema nervoso, le sinapsi sono punti di connessione, ovvero hanno il compito di mettere in comunicazione il neurone presinaptico con quello postsinaptico, in modo tale da rendere possibile la trasmissione degli impulsi elettrochimici che compongono il segnale nervoso. Per realizzare le sinapsi artificiali, i ricercatori hanno scelto specifiche cellule di ratto in grado di assumere un comportamento simile a quello dei neuroni presinaptici, ossia quello di emettere il neurotrasmettitore dopamina. Le sinapsi, inoltre, sono caratterizzate dalla cosiddetta plasticità cerebrale, ossia sono in grado di adattarsi in base a cambiamenti dell’ambiente interno e esterno e di mantenere memoria di queste modifiche. Per simulare il neurone postsinaptico, quindi, il team ha realizzato un chip neuromorfico organico capace di conservare, in seguito a una stimolazione elettrica, una sorta di memoria, in un processo simili a quello dell’apprendimento.
Analizzando le variazioni dell’attività elettrica, i ricercatori hanno osservato che il chip riesce a individuare la dopamina rilasciata dalle cellule (quelle che mimano il neurone presinaptico), e di conservare nel tempo lo stato di eccitamento alterato (chiamato appunto effetto memoria), dimostrando di essere riusciti a creare in laboratorio la plasticità sinaptica. “Ѐ la prima volta che un dispositivo elettronico neuromorfico viene direttamente interfacciato con un sistema cellulare per ottenere una piattaforma in grado di riprodurre la plasticità sinaptica a breve e a lungo termine”, spiega Francesca Santoro, coordinatrice del Tissue Electronics dell’Iit. “Prima di questo studio erano stati realizzati sistemi capaci di ricevere stimoli, ma non in grado di eccitarsi e mantenere l’eccitamento a loro volta”.
I risultati del nuovo studio suggeriscono che la dinamica della connessione offerta dalle sinapsi artificiali è molto vicina a quella che avviene naturalmente tra due neuroni e forniscono, perciò, le basi e le informazioni utili per lo sviluppo di terapie e dispositivi medici sia nell’ambito delle malattie neurodegenerative, in cui si verifica la perdita di connessione tra neuroni, sia nel caso di amputazioni. Questi dispositivi, infatti, potrebbero ripristinare o sostituire le connessioni neuronali danneggiate oppure, per le amputazioni, fare da ponte tra le terminazioni nervose biologiche preservate e i circuiti delle protesi artificiali robotiche.
Via: Wired.it
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