Araştırmacılar yapay nöronal ağların biyolojik nöronal ağlarla iletişim kurması için bir yol yarattılar. Yeni sistem, yapay elektrik sinyallerini görsel bir desene dönüştürür ve daha sonra ağın optogenetik uyarımı yoluyla gerçek nöronları etkilemek için kullanır. Bu ilerleme, hasarlı nöronları yapay nöronal devre ile değiştirmeye imkan verecek gelecekteki nöroprostetik cihazlar için önemlidir.
Protez, vücudun yaralı veya eksik bir kısmının yerini alan yapay bir cihazdır. Tahta bacaklı bir korsanı veya Luke Skywalker’ı ünlü robot eliyle kolayca hayal edebilirsiniz. Daha az dramatik olarak, gözlerimizdeki doğal lenslerin yerini alan gözlük ve kontakt lensler gibi eski tarz protezleri düşünün. Şimdi hasarlı bir beynin bir kısmının yerini alan bir protez hayal etmeye çalışın. Yapay beyin meselesi nasıl olabilir? Nasıl çalışır?
Çeşitli yapay nöron tipleri geliştirilmesine rağmen, hiçbiri nöroprotezler için gerçekten pratik olmamıştır. En büyük sorunlardan biri beyindeki nöronların çok hassas bir şekilde iletişim kurmasıdır, ancak tipik elektrik sinir ağından elektrik çıkışı spesifik nöronları hedefleyemez. Bu sorunun üstesinden gelmek için bir araştırma ekibi elektrik sinyallerini ışığa dönüştürdü.
Optogenetik, alglerde ve diğer hayvanlarda bulunan ışığa duyarlı birkaç proteinden yararlanan bir teknolojidir. Bu proteinleri nöronlara sokmak bir tür hacktir; bir kez orada olduklarında, bir nöron üzerine ışık göndermek, protein türüne bağlı olarak onu aktif veya pasif hale getirecektir. Bu durumda, araştırmacılar özellikle mavi ışıkla aktive edilen proteinleri kullandılar. Deneylerinde, ilk önce, nöronal ağın elektrik çıkışını mavi ve siyah karelerin damalı desenine dönüştürdüler. Daha sonra, bu şablonu kapta büyütülen bir biyolojik nöronal ağın 0.8 x 0.8 mm karesine kadar yansıttılar. Bu şablondan, sadece mavi karelerden gelen ışığın vurduğu nöronlar doğrudan aktive edildi.
Kültür edilmiş nöronlarda spontan aktivite, belirli bir ritmi takip eden senkron aktivite üretir. Bu ritim, nöronların birbirine bağlanma şekli, nöron tipleri ve adaptasyon ve değişim yetenekleri ile tanımlanır.
Yapay nöronal ağı, en iyi eşleşmeyi bulana kadar birkaç farklı ritim kullanacak şekilde ayarladılar. Nöron grupları, görüntü ızgarasındaki spesifik piksellere atandı ve ritmik aktivite, kültürlenmiş nöronlar üzerinde parlayan görsel şablonu değiştirebildi. Işık şablonları, kültürlenmiş nöronların çok küçük bir alanına gösterildi ve araştırmacılar, bölgesel reaksiyonları ve biyolojik ağın küresel ritimlerindeki değişiklikleri doğrulayabildi.
Institute of Industrial Science, The University of Tokyo. (2020, May 19). Artificial pieces of brain use light to communicate with real neurons. ScienceDaily. Retrieved May 19, 2020 from www.sciencedaily.com/releases/2020/05/200519101322.htm