🧠 Invención de una neurona artificial capaz de comunicarse con nuestras neuronas biológicas
Publicado por Cédric,
Autor del artículo: Cédric DEPOND
Fuente: Nature Communications
Otros Idiomas: FR, EN, DE, PT
Autor del artículo: Cédric DEPOND
Fuente: Nature Communications
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Este avance representa una etapa importante para las interfaces neurales. Los intentos anteriores se enfrentaban a una incompatibilidad fundamental: los sistemas electrónicos clásicos utilizaban tensiones demasiado fuertes para los tejidos biológicos. La nueva tecnología reduce esta diferencia funcionando con parámetros energéticos similares a los de nuestro cerebro, sentando las bases de una comunicación perfectamente biocompatible.
La restricción energética de los intercambios neuronales
Las neuronas biológicas forman una red de transmisión extremadamente económica. Su actividad se basa en señales eléctricas de baja amplitud, la mayoría de las veces cercanas a 0,1 voltios. Durante mucho tiempo, las neuronas artificiales no lograron imitar esta sobriedad energética, exigiendo tensiones hasta 10 veces más elevadas y un gasto de energía 100 veces superior.
Esta divergencia creaba un obstáculo insalvable para una integración con los tejidos vivos. Los sistemas electrónicos tradicionales, por su excesiva intensidad energética, inundaban las células biológicas y perturbaban su actividad normal. El alto consumo se acompañaba de una degradación de la información, haciendo imposible cualquier intercambio fiel.
La respuesta técnica se encontró con el empleo de nanohilos proteínicos producidos por bacterias. Estas estructuras microscópicas, adaptadas a los medios biológicos, transmiten señales eléctricas a muy baja tensión. Su naturaleza orgánica garantiza su estabilidad en las condiciones húmedas propias de los tejidos vivos, a diferencia de los materiales electrónicos convencionales.
a) Esquema de una neurona "integrate-and-fire" mostrando la inyección de corriente excitadora, la fuga de corriente y la evolución del potencial de membrana hasta el umbral o la extinción. Debajo, esquema de la formación de un filamento metálico en un memristor.
b) Esquema de la estructura del memristor que utiliza nanohilos proteínicos, seguido de imágenes TEM mostrando una red dispersa luego densa (100 nm).
c) Mil barridos I-V medidos en un memristor conectado a una resistencia.
d) Respuesta en corriente del memristor a un impulso de tensión cuya amplitud pasa de 120 mV a 10 mV en t = 0.2 s.
Las potencialidades de una interfaz integrada
Las aplicaciones concebibles afectan principalmente al campo médico. Las prótesis neurales y las interfaces cerebro-máquina podrían beneficiarse de esta adecuación energética. El intercambio directo entre dispositivos electrónicos y tejidos nerviosos abre perspectivas para tratamientos más dirigidos de ciertas patologías neurológicas, con una mejor integración y una perturbación reducida de la actividad cerebral.
En el sector de los sensores biomédicos, esta innovación elimina la obligación de amplificar las señales biológicas. Los dispositivos electrónicos podrían así decodificar directamente los impulsos nerviosos sin fase de tratamiento intermedia. Esta simplificación permitiría el diseño de sistemas más compactos, menos voraces en energía y más sensibles a las variaciones finas de las señales naturales.
La electrónica neuromórfica constituye otro dominio de aplicación importante. El diseño de sistemas informáticos que se inspiran en el cerebro humano podría alcanzar un rendimiento energético inigualado. Estos procesadores bioinspirados reproducirían el paralelismo y el bajo consumo de las redes neuronales biológicas, según los trabajos publicados en Nature Communications.