Chip imita il cervello per creare ricordi

Gli ingegneri hanno imitato il cervello umano con un chip elettronico che utilizza la luce per creare e modificare i ricordi

I ricercatori della RMIT University hanno tratto ispirazione da uno strumento emergente in biotecnologia - l'optogenetica - per sviluppare un dispositivo che replica il modo in cui il cervello immagazzina e perde informazioni. L'optogenetica consente agli scienziati di scrutare nel sistema elettrico del corpo con incredibile precisione, usando la luce per manipolare i neuroni in modo che possano essere accesi o spenti.

Il nuovo chip si basa su un materiale ultrasottile che modifica la resistenza elettrica in risposta a diverse lunghezze d'onda della luce, consentendogli di imitare il modo in cui i neuroni lavorano per archiviare ed eliminare le informazioni nel cervello.

il dottor Sumeet Walia, (1) leader del team di ricerca, sostiene che la tecnologia ci avvicina all'intelligenza artificiale (AI) che può sfruttare la piena funzionalità sofisticata del cervello. A tal proposito afferma: “Il nostro chip, di ispirazione optogenetica, imita la biologia fondamentale del miglior computer della natura: il cervello umano. Essere in grado di archiviare, eliminare ed elaborare le informazioni è fondamentale per il calcolo e il cervello lo fa in modo estremamente efficiente. Siamo in grado di simulare l'approccio neurale del cervello semplicemente splendendo colori diversi sul nostro chip. Questa tecnologia ci porta oltre nel cammino verso un'elaborazione della luce rapida, efficiente e sicura. Ci conferisce anche un importante passo avanti verso la realizzazione di un cervello bionico - un cervello su un chip che può imparare dal suo ambiente proprio come fanno gli umani.”

Il dottor Taimur Ahmed, autore principale dello studio pubblicato su Advanced Functional Materials, (2) ha affermato che essere in grado di replicare il comportamento neurale su un chip artificiale offre strade entusiasmanti per la ricerca in tutti i settori. “Questa tecnologia crea enormi opportunità per i ricercatori di comprendere meglio il cervello e come è influenzato da disturbi che interrompono le connessioni neurali, come il morbo di Alzheimer e la demenza”, ha detto Ahmed.

I ricercatori, del Functional Materials and Microsystems Research Group di RMIT, hanno anche dimostrato che il chip può eseguire operazioni logiche - elaborazione delle informazioni - spuntando un'altra casella per funzionalità simili al cervello. Sviluppata presso il centro di ricerca MicroNano di RMIT, la tecnologia è compatibile con l'elettronica esistente ed è stata anche dimostrata su una piattaforma flessibile, per l'integrazione nell'elettronica indossabile.

Come funziona il chip:

Le connessioni neurali avvengono nel cervello attraverso impulsi elettrici. Quando piccoli picchi di energia raggiungono una certa soglia di tensione, i neuroni si legano insieme e la persona inizia a creare un ricordo. Sul chip, la luce viene utilizzata per generare una fotocorrente. Il passaggio tra i colori fa in modo che la corrente inverta la direzione da positiva a negativa. Questo interruttore di direzione, o spostamento della polarità, equivale al legame e alla rottura delle connessioni neurali, un meccanismo che consente ai neuroni di connettersi (e indurre l'apprendimento) o inibire (e indurre l'oblio).

Questo è simile all'optogenetica, in cui la modifica dei neuroni indotta dalla luce li fa accendere o spegnere, abilitando o inibendo le connessioni al neurone successivo nella catena. Per sviluppare la tecnologia, i ricercatori hanno utilizzato un materiale chiamato fosforo nero (BP) che può essere intrinsecamente difettoso in natura. Questo di solito è un problema per l'optoelettronica, ma con l'ingegneria di precisione i ricercatori sono stati in grado di sfruttare i difetti per creare nuove funzionalità.

Secondo Il dottor Taimur Ahmed: “i difetti di solito sono considerati qualcosa da evitare, ma qui li stiamo usando per creare qualcosa di nuovo e utile. È un approccio creativo alla ricerca di soluzioni per le sfide tecniche che affrontiamo.”

Riferimenti:

(1) Sumeet Walia

(2) Multifunctional Optoelectronics via Harnessing Defects in Layered Black Phosphorus

Descrizione foto: Il nuovo chip si basa su un materiale ultrasottile che modifica la resistenza elettrica in risposta a diverse lunghezze d'onda della luce. - Credit: RMIT University.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Electronic chip mimics the brain to make memories in a flash