Un nuevo estudio publicado por investigadores de Biocruces Bizkaia e Ikerbasque, dirigido por el Dr. P. Bonifazi en colaboración con la Dra. M. Goldin y el Prof. JM Cortes, proporciona nueva evidencia sobre el posible uso de circuitos neuronales simulados en dispositivos neuroprotésicos, capaces tanto de reemplazar los circuitos cerebrales dañados o disfuncionales como de restaurar el procesamiento de información en el cerebro lesionado.
El trabajo ha resultado de la colaboración de una Red Internacional de Instituciones en Tel Aviv (Israel), Burdeos (Francia) y Tokio (Japón), que dirigido por el investigador Ikerbasque P. Bonifazi en Biocruces Bizkaia describe una nueva plataforma in vitro para probar cómo la información contenida en los «ritmos» eléctricos generados por una red neuronal artificial de 100 neuronas se puede transferir en tiempo real a través de imágenes ópticas a redes neuronales biológicas de neuronas en un diagrama de flujo del tipo «ritmos->imágenes->ritmos».
La red neuronal biológica fue capaz de procesar de forma eficiente las imágenes enviadas por las neuronas artificiales en tiempo real. La red neuronal artificial, que funciona con una resolución temporal de un milisegundo, que es la resolución celular en la que opera el cerebro, se implementó in-silico en una tarjeta digital comercial (de tipo FPGA), y su actividad se convirtió en imágenes digitales usando un videoproyector comercial obsoleto en el cual la bombilla fue reemplazada por una luz azul LED. La imagen azul generada por proyector de vídeo se miniaturizó (en imágenes de 0,8 x 0,8 mm) a través de un microscopio en la red neuronal real biológica. La estimulación neuronal óptica a través de imágenes se logró mediante optogenética, una técnica de vanguardia que permite a las neuronas responder a los estímulos de luz, similar a como lo hacen las neuronas de la retina, después de una manipulación genética. Al ajustar la configuración de la red artificial, incluyendo la frecuencia y el umbral para hacer que las «melodías» puedan ser escuchadas mejor por las neuronas, los investigadores han demostrado que es posible lograr una comunicación entre la red in-silico y la biológica.
Este estudio es un paso adelante hacia el desarrollo y uso de dispositivos neuroprotésicos que utilicen redes artificiales biomiméticas para reemplazar los circuitos cerebrales dañados y restaurar el procesamiento de la comunicación y la información de los mismos. Además, los autores proporcionan evidencia adicional de las ventajas de usar la estimulación optogenética en neuroprótesis, logrando una mayor resolución espacial y de tipo celular que la estimulación eléctrica. En el futuro, los autores planean construir una configuración similar en microchips para ser implantadas en modelos animales.
Este tipo de circuitos artificiales neuromórfico se podrán utilizar en futuro para reemplazar circuitos cerebrales que han sido dañados por traumas o enfermedad. También en el ámbito de la Epilepsia, Parkinson y otras patologías neurológicas. En la práctica, un microchip implantado en un sistema nervioso o periférico podría recibir
en tiempo real señales de neuronas, elaborarlo y estimular neuronas de circuitos cercanos o lejanos.
