Sono del tutto simili ai neuroni naturali e consumano pochissima energia i neuroni sintetici messi a punto da un gruppo di ricercatori europeo tra i quali anche italiani. I neuroni sintetici, i primi ad essere mai stati creati sono stati descritti in un articolo apparso sulla rivista Nature Communications. Si tratta di un risultato unico nel suo genere con un enorme potenziale per i dispositivi medici per curare malattie croniche, come insufficienza cardiaca, Alzheimer e altre malattie neuronali degenerazione.
I neuroni artificiali non solo si comportano proprio come i neuroni biologici, ma hanno bisogno solo di un miliardesimo della potenza di un microprocessore, rendendoli ideali per l'uso in impianti medici e altri dispositivi bioelettronici. Il team di ricerca è guidato dall'Università di Bath e comprendente ricercatori delle Università di Bristol, Zurigo e Auckland. Uno dei coautori è Giacomo Indiveri, dell'Università di Zurigo e dell'ETF Zurigo.
Da molto tempo i ricercatori hanno provato a costruire neuroni artificiali che fossero in grado di rispondere alle stimolazioni elettriche del sistema nervoso in maniera corretta. Progettare neuroni artificiali che rispondono ai segnali elettrici del sistema nervoso come i neuroni reali è un obiettivo importante che in molti hanno provato a raggiungere, poiché apre la possibilità di curare le condizioni in cui i neuroni non funzionano correttamente, come nel caso di lesioni spinali gravi.
I neuroni artificiali potrebbero riparare i bio-circuiti malati replicando la loro funzione sana e rispondendo adeguatamente al feedback biologico per ripristinare la funzione corporea. Per esempio, nell'insufficienza cardiaca,i neuroni nella base del cervello non rispondono correttamente al feedback del sistema nervoso, a loro volta non inviano i segnali giusti al cuore, che quindi non pompa così forte come dovrebbe.
Non si è trattato di 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. Questo è incredibilmente complicato poiché 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. 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."Fino ad ora - ha spiegato Alain Nogaret, del dipartimento di fisica dell'Università di Bath, che ha guidato il progetto - 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. “I nostri neuroni - ha aggiunto - 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”.