Áttörés az orvostudományban: mesterséges neuronokat hoztak létre
A kutatók már régóta próbálkoztak létrehozni olyan mesterséges neuronokat, amelyek megfelelő módon képesek reagálni az idegrendszer elektromos stimulációira, mivel ezzel lehetővé válna olyan betegségek gyógyítása, amelyeket a nem megfelelően működő neuronok okoznak. Súlyos gerincsérülésnél vagy szívelégtelenségnél például az agy neuronjai nem mindig válaszolnak az idegrendszer ösztönzésére, nem közvetítik a szívnek a szükséges jeleket, ezért a szív nem pumpál olyan erősen, ahogyan kellene.
A cél elérése nem volt könnyű. A kutatók különböző egyenleteket állítottak fel annak megértésére, hogy a neuronok hogyan válaszolnak más idegsejtek elektromos ösztönzéseire. Mivel ezek a válaszok nem „lineárisak”, vagyis egy jel erejének növekedése nem ugyanolyan intenzitású reakciót vált ki egy-egy neuronnál, ezek az egyenletek rendkívül összetettek lettek.
A számítógépes matematikai modellek alapján azonban végül sikerült megalkotni egy olyan szilícium-chipet, amely 94%-os pontossággal leutánozza az idegrendszerben található szinte valamennyi neuron válaszát a különböző stimulációkra.
A tesztelést patkányok hippokampusz-neuronjain végezték, amelyek a légzés tudat alatti szabályozásáért felelősek, de ez a régió létfontosságú az emlékezet és a tanulás szempontjából is.
A kutatók az eredmények alapján azt állítják, hogy képesek bionikus neuronokat létrehozni a gerincvelőben található bármelyik idegsejtneuronból, sőt még a periferiális idegrendszerből is, például a bőr érzékelő neuronjaiból.
Ezek a bionikus neuronok, mint arról a Nature Communications-ban közölt tanulmány beszámolt, beültethetők a betegekbe, és általuk esély nyílhat számos krónikus és degenerativ betegség, például az Alzheimer-kór gyógyítására.
A mesterséges neuronok beültetése nem közvetlenül az agyba történik, hanem néhány milliméter szélességű mikrochipekbe. Ezek a chipek adják a bázisát azoknak az eszközöknek, amelyek egyenesen rácsatlakoznak az idegrendszerre, például úgy, hogy elkapják azokat a jeleket, amelyek az agy és a lábizmok között haladnak.
A bionikus neuronok képesek az egészséges idegsejtektől kapott elektromos jelek feldolgozására, majd ez alapján jeleket küldhetnek más neuronoknak, vagy a test bármelyik izmának, szervének.
Eközben nagyon kevés energiát fogyasztanak, mindössze 140 nanowattot, egy mikroprocesszor erejének egymilliárd részét, ami ideálissá teszi orvosi és más bioelektronikus beültetésekhez.
„A neuronok eddig olyanok voltak, mint a zárt dobozok, de most végre tudtuk nyitni őket és beléjük tudunk nézni” – mondta Alan Nogaret, a bath-i egyetem fizika tanszékének professzora, a program vezetője a Guardian-nek.
"Lehetővé vált, hogy a legkisebb részletekig reprodukáljuk a természetes neuronok elektromos tulajdonságait. Bármely területen, ahol valamilyen degenerativ betegség van, mint például az Alzheimer-kór, vagy ahol a neuronok nem jeleznek megfelelően az életkor, betegség vagy sérülés miatt, elméletileg helyettesíthetjük a meghibásodott bioáramkört egy szintetikus áramkörrel.”
Julian Paton, a bristoli és az aucklandi egyetem tanára, a tanulmány társszerzője szerint a mesterséges neuronokban hatalmas lehetőségek vannak, mivel most már az orvostudomány alapjaiban érti és belelát az agy funkcionális egységébe, így fel tud használni olyan eszközöket, amelyek javítják a memóriát, vagy visszaadják a megbénult embereknek a mozgás esélyét.
A mesterséges neuronok használhatóak önmagukban, vagy pedig neuronális hálózattá kapcsolva.
Mindezek ellenére Nogaret hangsúlyozza: egyáltalán nincs szó arról, hogy a mesterséges neuronokkal fel akarnának építeni egy egész agyat. Egy emberi agy ugyanis nem kevesebb, mint 86 milliárd neuronból áll.
Nogaret és csapata jelenleg egy intelligens pacemakeren dolgozik, amely a mesterséges neuronok segítségével képes valós időben reagálni a szív igényeire.
