Investigadores crean neuronas impresas que se comunican con las células cerebrales vivas

Un nuevo tipo de neuronas artificiales generan señales eléctricas lo bastante realistas como para activar células cerebrales vivas de tejidos de ratón, lo que demuestra, según los investigadores, un nuevo nivel de biocompatibilidad.

Un equipo de ingenieros de la Universidad Northwestern (EE.UU) creó estos nuevos dispositivos flexibles y de bajo coste que imitan las complejas señales cerebrales y que apuntan hacia una informática más eficiente energéticamente, según un estudio que publica Nature Nanotechnology.

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Este trabajo es un paso hacia la creación de dispositivos electrónicos capaces de comunicarse directamente con el sistema nervioso, con posibles aplicaciones en interfaces cerebro-máquina y neuroprótesis, incluidos implantes para la audición, la visión y el movimiento, indicó la universidad en un comunicado.

También sienta las bases para sistemas informáticos más eficientes, similares al cerebro, que es el ordenador más eficiente que se conoce desde un punto de vista energético.

La forma de hacer que la inteligencia artificial sea más inteligente consiste en entrenarla con cada vez más datos, lo que genera un problema de consumo energético masivo, por lo que “tiene sentido inspirarse en el cerebro para la informática de próxima generación”, señaló Mark Hersam, uno de los firmantes del artículo.

El cerebro funciona de una manera sorprendentemente diferente a un ordenador, porque se basa en diversos tipos de neuronas, cada una con funciones especializadas, organizadas en distintas regiones, frente a la máquina, que está compuesta por bloques de construcción uniformes.

Para acercarse más a un modelo biológico, el equipo desarrolló neuronas artificiales utilizando materiales blandos e imprimibles que imitan mejor la estructura y el comportamiento del cerebro.

La base de este avance es una serie de tintas electrónicas, formuladas a partir de láminas a nanoescala de disulfuro de molibdeno, que actúa como semiconductor, y grafeno, que sirve de conductor eléctrico, junto a una técnica de impresión especializada denominada impresión por chorro de aerosol.

Tras diversos procesos, el resultado es un nuevo tipo de neurona artificial capaz de generar una amplia gama de señales eléctricas.

En lugar de generar impulsos simples y puntuales, el nuevo dispositivo produce patrones de señalización más complejos, como picos individuales, descargas continuas y patrones de ráfagas, que se asemejan a la forma en que se comunican las neuronas reales.

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Al capturar esta diversidad de señales, cada neurona puede codificar más información y realizar funciones más sofisticadas. Y eso puede reducir el número de componentes necesarios en un sistema informático, mejorando drásticamente la eficiencia general, agrega la nota.

Para comprobar si estas neuronas artificiales podían realmente interactuar con la biología, las señales eléctricas procedentes de estas se aplicaron a cortes del cerebelo de ratón.

Los investigadores descubrieron que los picos de voltaje artificiales coincidían con características biológicas clave, como la sincronización y la duración de los picos de voltaje de las neuronas vivas.

Esto desencadenó de forma fiable la actividad en las neuronas reales, activando los circuitos neuronales de manera similar a las señales naturales.