Comunicación entre células vivas mediante una sinapsis artificial
Cada vez se derriban más fronteras entre lo natural y lo artificial, incluso en el ámbito del cerebro humano. Un nuevo avance en el campo de las sinapsis artificiales (conexiones entre neuronas) promete derribar pronto otra de estas fronteras.
En 2017, unos investigadores de la Universidad de Stanford en Estados Unidos presentaron un nuevo dispositivo que imita el eficiente proceso de aprendizaje neural del cerebro. Era una versión artificial de una sinapsis, el conducto a través del cual los neurotransmisores viajan para establecer una parte crucial de la comunicación entre las neuronas. Esta versión artificial se hizo de materiales orgánicos. En 2019, los investigadores reunieron nueve de sus sinapsis artificiales en una red, mostrando que podían ser programadas simultáneamente para emular el funcionamiento en paralelo de las naturales en el cerebro.
Ahora, el equipo de Alberto Salleo, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Stanford, ha probado la primera versión biohíbrida de esta sinapsis artificial y ha demostrado que puede comunicarse con células vivas. Las futuras tecnologías derivadas de este dispositivo podrían funcionar respondiendo directamente a las señales químicas del cerebro. La investigación se llevó a cabo en colaboración con especialistas del Instituto Italiano de Tecnología (IIT) y de la Universidad Tecnológica de Eindhoven en los Países Bajos.
Mientras que otros dispositivos capaces de comunicarse con el cerebro requieren una señal eléctrica para detectar y procesar los mensajes del cerebro, las comunicaciones entre esta sinapsis artificial y las células vivas se producen de manera electroquímica, como si la sinapsis fuese parte de una neurona viva más recibiendo mensajes de su vecina.
La sinapsis artificial biohíbrida consta de dos electrodos de polímero blando, separados por una zanja llena de solución electrolítica, que desempeña el papel de la hendidura sináptica que separa las neuronas comunicantes en el cerebro. Cuando las células vivas se colocan encima de un electrodo, los neurotransmisores que esas células liberan pueden reaccionar con ese electrodo para producir iones. Esos iones viajan a través de la zanja hasta el segundo electrodo y modulan el estado conductivo de este electrodo. Parte de ese cambio se conserva, emulando ello el proceso de aprendizaje que ocurre en la versión enteramente biológica.
Tal como destaca Scott Keene, del equipo de investigación, la capacidad de interactuar con la química natural del cerebro le da a la sinapsis artificial una utilidad adicional.
Para probar su sinapsis artificial, los investigadores utilizaron células neuroendocrinas de rata que liberan dopamina, un neurotransmisor.
Ahora que los investigadores han probado con éxito su sinapsis artificial, están buscando las mejores líneas de investigación y desarrollo, que podrían orientarse a ordenadores inspirados en el cerebro, interfaces cerebro-máquina, dispositivos neurológicos para tratamientos médicos o nuevas herramientas de investigación para la neurociencia. Ya están trabajando en cómo hacer que la sinapsis artificial funcione mejor en entornos biológicos más complejos que contienen diferentes tipos de células y de neurotransmisores. (Fuente: NCYT Amazings)
