Un equipo internacional de investigadores ha demostrado que es posible utilizar dispositivos neuroprotésicos para simular el funcionamiento de las neuronas del cerebro y reemplazar los circuitos cerebrales dañados o que funcionan mal, un avance que ayudará a recuperar la capacidad de procesamiento de información en un cerebro lesionado o parcialmente disfuncional.
La investigación, liderada por el doctor Paolo Bonifazi, investigador de Biocruces e Ikerbasque (Bilbao) aún no se puede llevar a la práctica clínica, pero es una ‘prueba de concepto’ que demuestra que, en el futuro, con la ayuda de herramientas como la optogenética, se podrán conectar los sistemas neuronales artificiales y los biológicos.
El estudio, que se publica hoy en Scientific Reports, es una colaboración entre investigadores de instituciones de Tel Aviv (Israel), Burdeos (Francia) y Tokio (Japón).
En el trabajo, los investigadores han demostrado en una plataforma ‘in vitro’ que una red neuronal artificial (de cien neuronas) puede enviar información -en forma de imágenes- a una red neuronal biológica que, a su vez, es capaz de procesarlas en tiempo real y con éxito.
Para demostrarlo, construyeron en un circuito electrónico integrado una red de cien neuronas artificiales que funciona a la velocidad de un milisegundo -la misma que el cerebro humano-.
El circuito, que llevaba acoplado una tarjeta digital comercial (de tipo FPGA), convertía los impulsos eléctricos de las neuronas artificiales en imágenes digitales que eran reproducidas por un viodeoproyector comercial en el que la bombilla fue reemplazada por una luz LED azul.
“Programar este circuito artificial en el que las neuronas funcionaban de forma espontánea fue el primer paso para la creación de un sistema neuromórfico, que es un sistema integrado que simula la actividad biológica neuronal”, explica en declaraciones a EFE Paolo Bonifazi.
Posteriormente, los investigadores cultivaron una red neuronal biológica generada a partir de células del cerebro de un ratón: “las cultivamos en laboratorio y las dejamos tres semanas para que se desarrollasen y se conectasen espontáneamente para formar una red muy parecida a la artificial que hicimos nosotros”.
La última fase del estudio consistió en que hacer que ambos sistemas neuronales se comunicasen con éxito y, para ello, recurrieron a la optogenética, “una actividad que en los últimos quince años se ha desarrollado rápidamente y que permite estimular o registrar la actividad de las neuronas que responden a los estímulos de luz, algo parecido a lo que hacen las células de la retina”, detalla el investigador.
Para ello, los investigadores modificaron a las neuronas biológicas genéticamente (optogenética) para que fueran sensibles a la luz azul, y así, cada vez que estas células la detectaban, producían actividad eléctrica, unos impulsos o “ritmos” que fueron convertidos en imágenes a través del videoproyector conectado con la tarjeta digital.
En el experimento, la red artificial generó actividad, unos impulsos que se convertían en imágenes generadas por un el videoproyector y que eran captadas por las neuronas biológicas que se fueron estimulando.
“Con ello vimos que, en condiciones óptimas, pudimos encontrar una ventana en la que había una sincronía entre ambos sistemas (artificial y biológico) y los estímulos del sistema artificial se convertían en respuestas parecidas en el sistema biológico”, detalla el investigador.
El trabajo, que se ha hecho in vitro, “es una prueba de concepto que todavía no es posible llevar a la práctica porque, entre otras cosas, obligaría a modificar neuronas humanas genéticamente, pero demuestra que la estimulación optogenética permite obtener un traslado óptimo de la información porque estimula las células de una manera específica y con precisión”.
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.
En el futuro, los autores planean construir una configuración similar en microchips para ser implantadas en modelos animales.
Fuente: eldiario.es