As criações artificiais não apenas simulam a atividade elétrica dos neurônios: também respondem a estímulos químicos externos, e podem significar a possibilidade de próteses neurais no futuro

Fonte: Revista Fórum

Um estudo publicado recentemente na revista Nature Communications descreve um avanço científico notável: a criação de neurônios artificiais capazes de mimetizar, de maneira bastante similar, o funcionamento de neurônios humanos.

As criações artificiais não apenas simulam a atividade elétrica dos neurônios, mas conseguem, além disso, responder a estímulos químicos a um gasto energético parecido com aquele produzido pelas reações no organismo biológico. O progresso representa um salto rumo à integração de cérebros humanos a interfaces mais sofisticadas, como máquinas de estímulo cerebral.

Durante séculos, a engenharia neuromórfica tem tentado aproximar dispositivos eletrônicos do funcionamento cerebral dos humanos, a partir de circuitos que simulam as redes neurais biológicas. Mas, até agora, a maioria dos neurônios obtidos artificialmente só conseguia simular a atividade elétrica dos pulsos neuronais a uma tensão energética muito superior à suportada pelo corpo humano, o que tornava inviável a interface direta entre os neurônios artificiais e os organismos biológicos.

No estudo recente, os pesquisadores ajustaram seu dispositivo para funcionar “na mesma faixa” de voltagem e de consumo energético dos neurônios naturais, combinando um memristor — componente eletrônico com propriedades de memória e resistor, usado em tecnologias de processamento —, para lembrar as sinapses elétricas do cérebro, a um circuito de resistores e capacitores integrados.

Essa arquitetura permitiu ao neurônio artificial gerar pequenos pulsos elétricos de cerca de 120 milivolts, muito similares aos neurônios humanos, com um gasto de energia considerado baixo.

O modelo também permite aos neurônios artificiais responder a sinais químicos externos, como a presença de íons de sódio ou o contato com a dopamina em concentrações variadas. No estudo, eles foram capazes de ajustar sua frequência de disparo elétrico de acordo com a concentração das moléculas em contato, o que também os coloca muito próximos da estrutura de neurônios biológicos.

Em um dos experimentos, o grupo de cientistas conectou o neurônio artificial a células do coração, também cultivadas em laboratório, e testou em tempo real se os sinais elétricos emitidos pelas células fariam com que os neurônios ajustassem sua atividade de forma autônoma, sincronizada com o tecido. O resultado foi positivo e demonstrou ser possível criar uma ponte funcional entre os circuitos eletrônicos e os tecidos biológicos.

O avanço pode servir para, futuramente, pensar em próteses neurais que se conectem ao sistema nervoso de maneira natural, além de interfaces cérebro-máquinas que permitam ao cérebro interagir diretamente com sistemas artificiais.