Neurônios eletrônicos são implantados para controlar plantas vivas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/02/2022

O componente eletrônico imita o funcionamento dos neurônios artificiais, trocando tanto elétrons quanto íons.
[Imagem: Padinhare Cholakkal Harikesh et al. - 10.1038/s41467-022-28483-6]

Biotransistores

A computação neuromórfica segue de vento em popa, com o desenvolvimento de componentes eletrônicos, como os memoristores, que imitam os neurônios e sinapses naturais para criar processadores que imitam o cérebro.

Mas Padinhare Harikesh e colegas da Universidade de Linkoping, na Suécia, estão seguindo o caminho oposto: Em vez de imitar a natureza, reproduzindo artificialmente componentes naturais, eles estão pegando os componentes artificiais e inserindo-os em seres vivos.

Harikesh construiu um neurônio orgânico artificial, uma célula nervosa ionotrônica, que pode ser integrada a uma planta viva, criando uma sinapse orgânica artificial. Tanto o neurônio quanto a sinapse são feitos de transistores eletroquímicos orgânicos, fabricados por impressão sobre materiais poliméricos.

Os semicondutores orgânicos podem conduzir elétrons e íons, ajudando assim a imitar o mecanismo de geração de potenciais de ação baseados em íons, como nos seres vivos.

Experimento com a planta dioneia.
[Imagem: Padinhare Cholakkal Harikesh et al. - 10.1038/s41467-022-28483-6]

Potenciais de ação

Os pesquisadores implantaram esses neurônios artificiais à planta carnívora dioneia (Dionaea muscipula) e usaram os pequenos pulsos elétricos, de menos de 0,6 V, para induzir potenciais de ação na planta.

Com isto, o neurônio artificial foi usado para fazer com que as folhas da planta se fechassem, embora nenhum inseto tivesse entrado na armadilha.

"Pela primeira vez, estamos usando a capacidade do transistor de chavear com base na concentração de íons para modular a frequência de disparo," disse Harikesh - é a frequência de disparo que fornece o sinal que faz com que o sistema biológico reaja.

"Mostramos também que a conexão entre o neurônio e a sinapse tem um comportamento de aprendizagem, chamado de aprendizagem hebbiana. As informações ficam armazenadas na sinapse, o que torna a sinalização cada vez mais eficaz," destacou o professor Simone Fabiano, coordenador da equipe.

Circuito eletrônico artificial usado para controlar a planta.
[Imagem: Padinhare Cholakkal Harikesh et al. - 10.1038/s41467-022-28483-6]

Implantes neurológicos

Os experimentos com plantas são apenas o início: A equipe vislumbra o uso das células nervosas artificiais em próteses humanas sensíveis e implantes para aliviar doenças neurológicas e dores crônicas, além do uso na robótica macia.

"Desenvolvemos neurônios baseados em íons, semelhantes aos nossos, que podem ser conectados a sistemas biológicos. Os semicondutores orgânicos têm inúmeras vantagens - são biocompatíveis, biodegradáveis, macios e moldáveis. Eles requerem apenas uma baixa tensão para funcionar, que é completamente inofensiva para plantas e vertebrados," destacou o professor Chi-Yuan Yang, membro da equipe.

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