24 Gennaio 2019
Abilitata la diretta comunicazione tra neuroni in modo artificiale, aprendo prospettive nelle
interfacce brain-computer e nella protesica di nuova generazione
Realizzata per la prima volta la connessione sinaptica tra neuroni tramite un dispositivo
elettronico (memristore) sviluppato da polimeri, garantendo funzionalità analoghe alle sinapsi
naturali.
Viene così abilitata la diretta comunicazione tra neuroni in modo artificiale, aprendo prospettive
nelle interfacce brain-computer e nella protesica di nuova generazione. La ricerca, condotta dal
Cnr-Imem, è pubblicata su Advanced Materials Technologies. (1)
Una sinapsi è una struttura biologica che connette due neuroni stabilendo tra essi un flusso di
informazioni specifico e unidirezionale. Queste connessioni sono elementi chiave per funzioni
neuronali essenziali come lapprendimento e la memorizzazione che si fondano sul numero di
ripetizioni (o prove) e il raggiungimento di varie soglie di tensione.
Lemulazione delle loro proprietà e la realizzazione di interfacce tra cervello e macchine
(brain-computer), in grado di acquisire, leggere e stimolare lattività celebrale naturale, è
oggetto di studio intensivo crescente nel panorama delle ricerche internazionali.
Grazie allo studio condotto da Silvia Battistoni, Victor Erokhin e Salvatore Iannotta, lIstituto
dei materiali per l’elettronica ed il magnetismo del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Imem)
ha realizzato dei memristori organici, dispositivi in grado di trattenere una memoria della corrente
passata al loro interno, in grado di emulare i comportamenti sinaptici di memorizzazione e
apprendimento delle cellule neuronali naturali.
I risultati dimostrano leffettiva interfaccia funzionale neurone-memristore-neurone, in cui il
dispositivo gioca il ruolo di una sinapsi, consentendo la comunicazione tra le due cellule in modo
pressoché analogo a quanto avviene in natura con un importante cambio di paradigma rispetto
allapproccio consolidato basato su microelettrodi, spiega Salvatore Iannotta del Cnr-Imem.
Dettagli molto rilevanti della comunicazione interneuronale sono riprodotti, sia dal punto di vista
delleccitazione reciproca tra i neuroni sia nel dettaglio dellevoluzione temporale. Questi
risultati rappresentano una importante base di riferimento per la realizzazione di protesi
sinaptiche, per il rispristino della funzionalità in caso di incidente, di malattie
neurodegenerative, di disfunzioni delle sinapsi e per lo sviluppo di interfacce brain-computer di
nuova generazione.
Il lavoro condotto del Cnr-Imem, in collaborazione con Università di Kazan (Russia) e con Institut
de Neurobiologie de la Méditerranée Inmed (Francia), è stato realizzato nellambito del progetto
Madelena (Developing and studying novel intelligent nano materials and devices towards adaptive
electronics and neuroscience applications), finanziato dalla provincia autonoma di Trento, con
lobiettivo di realizzare reti neuronali artificiali con capacità di memorizzazione e apprendimento
usando dispositivi elettronici in grado di emulare il comportamento sinaptico e quello di costruire
una rete neuronale ibrida, in cui il ruolo della connessione sinaptica tra cellule neuronali fosse
rappresentato da dispositivi elettronici con proprietà memristive, di essere cioè in grado di
trattenere una memoria della corrente passata al loro interno.
Scheda
Che cosa: E. Juzekaeva, A. Nasretdinov, S. Battistoni, T. Berzina, S. Iannotta, R. Khazipov, V.
Erokhin, M. Mukhtarov, Coupling Cortical Neurons through Electronic Memristive Synapse Adv. Mater.
Technol. 2018, 1800350.
Chi: Istituto dei materiali per l’elettronica ed il magnetismo (Cnr-Imem)
Per informazioni:
Ufficio Stampa Cnr
e-mail: ufficiostampa@cnr.it
Riferimenti:
(1) Coupling Cortical Neurons through Electronic Memristive Synapse
doi.org/10.1002/admt.201800350
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