I neuroni bionici potrebbero riparare i circuiti cerebrali difettosi. Il punto

Sono artificiali ma rispondono ai segnali del sistema nervoso, segnano un passo avanti nella possibilità di riparare i circuiti nervosi e di ripristinare le funzioni del cervello. Stiamo parlando di neuroni, non quelli che abbiamo nel cervello, ma quelli che potrebbero essere inseriti sì. Perché sono artificiali. In silicio per essere più precisi. E sono i primi ad essere stati, come dire, prodotti. A riportare i risultati dello studio Nature Communications: un lavoro frutto di una ricerca coordinata da Alain Nogaret, del dipartimento di Fisica dell’università britannica di Bath (che ha coordinato il progetto), insieme all’università svizzera di Zurigo e quella neozelandese di Auckland. Ci sono anche due italiani nella ricerca, Elisa Donati e Giacomo Indiveri, dell’Università di Zurigo.

Non necessariamente nel cervello

Invece di impiantarsi direttamente nel cervello, i neuroni artificiali sarebbero integrati in microchip a bassissima potenza e di pochi millimetri di larghezza. I chip sarebbero la base per dispositivi che si collegano direttamente al sistema nervoso, ad esempio intercettando i segnali che passano tra il cervello e i muscoli delle gambe. “In qualsiasi area colpita da una malattia degenerativa, come l’Alzheimer, o in cui i neuroni smettono di funzionare correttamente a causa dell’età, della malattia o di un infortunio, in teoria si potrebbe sostituire il biocircuito difettoso con un circuito sintetico” secondo Alain Nogaret.

Abbiamo aperto queste scatole oscure

“Fino ad ora – ha spiegato Alain Nogaret – i neuroni sono stati come scatole oscure, ma siamo riusciti ad aprirle e a scrutare al loro interno. Il nostro lavoro sta cambiando il paradigma perché fornisce un metodo robusto per riprodurre le proprietà elettriche dei neuroni reali nei minimi dettagli”. Ci sono poi ulteriori sviluppi interessanti di questa ricerca.Consuma poco. “I nostri neuroni – ha aggiunto Nogaret – hanno bisogno solo di 140 nanoWatt di potenza. Questo è un miliardesimo del fabbisogno energetico di un microprocessore. Questo rende i neuroni adatti agli impianti bioelettronici da trattare malattie croniche. Ad esempio stiamo sviluppando pacemaker intelligenti che non solo stimolano il cuore a pompare a un ritmo costante, ma usano questi neuroni per rispondere in tempo reale alle richieste poste sul cuore – che è ciò che accade naturalmente in un cuore sano. Altre possibili applicazioni potrebbero essere nel trattamento di condizioni come l’Alzheimer e le malattie degenerative neuronali più in generale”.Un passo indietro. I neuroni artificiali sono in studio da molto tempo e rientrano della medicina bioelettronica, che si serve di materiali artificiali che imitano processi e circuiti naturali. Quello di Bath non è stato un obiettivo facile da raggiungere soprattutto per effetto della complessa biologia di queste cellule. I ricercatori hanno modellato e derivato con successo equazioni per spiegare come i neuroni rispondono agli stimoli elettrici di altri nervi. Qualcosa di incredibilmente complicato perché le risposte sono “non lineari”. In pratica ad un aumento della potenza del segnale non corrisponde una analoga e uguale aumento della reazione da parte del neurone che potrebbe sviluppare una reazione anche tre volte più intensa rispetto al segnale ricevuto. Sulla base di questi modelli matematici hanno quindi progettato chip di silicio che che fosse in grado di imitare con precisione i neuroni reali viventi rispondendo a una serie di stimolazioni.

A che cosa servono i neuroni artificiali

I neuroni artificiali potrebbero diventare un’arma importante per combattere le malattie causate dalla degenerazione delle cellule nervose, come l’Alzheimer, ma anche per cercare di ripristinare le funzioni compromesse da patologie del cuore, come l’insufficienza cardiaca. Una scoperta dal “potenziale è infinito in termini di comprensione del funzionamento del cervello” ha dichiarato Julian Paton, secondo cui i chip “possono essere usati da soli o collegati insieme per formare reti neuronali”.

Non abbiamo ricostruito un cervello

Nonostante le vaste possibilità che i neuroni artificiali aprono, Nogaret detto chiaramento che il team non ha ricostruito un intero cervello, un organo che in un essere umano è composto da 86 miliardi di neuroni e almeno altrettante cellule di supporto.

Quanto consumano i neuroni in silicio

I neuroni in silicio consumano un miliardesimo dell’energia rispetto a un microprocessore. In particolare riproducono i canali ionici, cioè le sequenze di proteine che sono presenti sulla superficie delle cellule, che per i neuroni artificiali permettono la trasmissione dei segnali proprio come accade per quelli naturali. Attualmente sono due le cellule nervose imitate, quelle che controllano la respirazione e il ritmo del cuore e quelle dell’ippocampo, la parte che controlla la memoria.

I test

I test sono stati effettuati su neuroni di ratto (quelli dell’ippocampo e quelli che governano la respirazione) e sono stati sottoposti a diversi stimoli.