Cientistas finalmente criam neurônios artificiais

Uma equipe internacional liderada por pesquisadores da Universidade de Bath (Inglaterra) realizou um feito inédito: conseguiu reproduzir a atividade biológica de neurônios usando chips de silicone.

E o que é ainda melhor: esses “neurônios artificias” requerem apenas 140 nanoWatts para funcionar, o que é um bilionésimo da energia necessária a microprocessadores utilizados em outros estudos.

Aplicações

Os chips têm inúmeras potenciais aplicações médicas,
especialmente para curar doenças crônicas como o Alzheimer, nas quais os neurônios
não funcionam adequadamente.

Também podem servir para restaurar a função em casos nos
quais as células pararam de funcionar totalmente, como lesões na medula espinhal.

Por fim, também poderiam tratar condições como insuficiência cardíaca. Nesse caso, alguns neurônios na base do cérebro não trabalham adequadamente, de forma que não enviam os sinais corretos para o coração, que por sua vez não bombeia tão forte quanto deveria.

Dificuldades

Criar os chips não foi nada fácil. Neurônios se comportam de
maneira semelhante a circuitos elétricos, mas de forma muito menos previsível.

Assim, os pesquisadores tiveram que fazer cálculos e criar
modelos para tentar elucidar como neurônios específicos respondiam a certos estímulos
elétricos.

E essas respostas não eram lineares; por exemplo, quando um
sinal se torna duas vezes mais forte, isso não significa necessariamente que
vai liberar uma reação duas vezes maior.

Ao projetar os chips de silicone, os pesquisadores tentaram
imitar a resposta dos neurônios a uma variedade de estímulos. E conseguiram
replicar com sucesso a dinâmica dos neurônios respiratórios e do hipocampo em
ratos.

“Nosso trabalho é paradigmático porque fornece um método robusto para reproduzir as propriedades elétricas de neurônios reais em mínimos detalhes”, disse o principal autor do estudo, Alain Nogaret, do Departamento de Física da Universidade de Bath.

Próximos passos

Nogaret explica que a abordagem do estudo combina várias
descobertas.

“Podemos estimar com precisão os parâmetros que controlam o comportamento de qualquer neurônio. Criamos modelos físicos do hardware e demonstramos sua capacidade de simular com êxito o comportamento de neurônios vivos reais. Nosso terceiro avanço é a versatilidade do nosso modelo, que permite a inclusão de diferentes tipos e funções de uma variedade de neurônios mamíferos complexos”, resume.

Uma vez que os neurônios artificiais podem ser miniaturizados
e implantados, isso cria diversas oportunidades para dispositivos médicos inteligentes
e personalizados.

“Por exemplo, estamos desenvolvendo marcapassos
inteligentes que não apenas estimulam o coração a bombear a um ritmo constante,
mas usam esses neurônios para responder em tempo real às demandas impostas ao
coração – o que acontece naturalmente em um coração saudável. Outras possíveis aplicações
poderiam ser no tratamento de doenças como Alzheimer e doenças degenerativas
neuronais de maneira mais geral”, conclui Nogaret.



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