Neurotransístor, uma célula nervosa artificial quase biológica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/01/2023

É tipicamente um componente eletrônico, mas feito com componentes orgânicos e com funcionamento quase idêntico ao de um neurônio artificial.
[Imagem: Harikesh et al. - 10.1038/s41563-022-01450-8]

Neurônio eletrônico

Um neurônio artificial conseguiu imitar tão bem as características das células nervosas biológicas que foi usado para estimular nervos naturais de um animal vivo.

Embora estivessem trabalhando de olho na computação neuromórfica, Padinhare Harikesh e colegas da Universidade Linkoping, na Suécia, acabaram desenvolvendo uma tecnologia promissora para vários tratamentos médicos no futuro.

O trabalho começou com o desenvolvimento de um transístor eletroquímico que aprende, funcionando como uma sinapse artificial - é um neurotransístor.

O esforço então passou a ser desenvolver técnicas para que esses transistores orgânicos pudessem ser fabricados sobre substratos flexíveis, para que eles possam interfacear com células biológicas. O trabalho culminou com o implante dos neurônios eletrônicos em plantas vivas, que a equipe fez no ano passado.

Agora eles usaram os transistores para desenvolver um neurônio artificial no qual íons são usados para controlar o fluxo de corrente eletrônica através de um polímero condutor do tipo negativo, levando a picos na tensão do dispositivo similares aos disparos dos neurônios biológicos.

No experimento anterior, quando integraram seu neurônio orgânico em uma planta viva, a célula nervosa sintética reuniu 2 das 20 propriedades que caracterizam as células nervosas biológicas. Agora, o neurotransístor sintético imita de perto 15 dessas 20 características neurais, tornando seu funcionamento muito mais semelhante às células nervosas naturais.

Já existem neurônios eletrônicos que se parecem com os neurônios biológicos, mas este foi projetado para ser fabricado em escala com a tecnologia da microeletrônica.
[Imagem: Harikesh et al. - 10.1038/s41563-022-01450-8]

Neurônio sintético

O material com que a célula nervosa artificial é feita também permite que a corrente seja aumentada e diminuída em uma curva quase perfeita em forma de sino, que se assemelha à ativação e inativação dos canais de íons de sódio encontrados na biologia.

Isso foi suficiente para que a equipe desse o salto das plantas para os animais. Conectados ao nervo vago de camundongos, os neurônios artificiais conseguiram estimular os nervos dos camundongos, causando uma alteração de 4,5% na frequência cardíaca dos animais.

O fato de o neurônio artificial poder estimular o próprio nervo vago pode, a longo prazo, abrir caminho para aplicações em várias formas de tratamento médico. No geral, os semicondutores orgânicos têm a vantagem de serem biocompatíveis, macios e maleáveis, enquanto o nervo vago desempenha um papel fundamental, por exemplo, no sistema imunológico e no metabolismo do corpo.

O próximo passo será reduzir o consumo de energia dos neurônios artificiais, que ainda é muito superior ao das células nervosas humanas. Contudo, para criar versões sintéticas das células humanas que sejam totalmente funcionais os pesquisadores também dependem do progresso no conhecimento da própria biologia.

"Há muitas coisas que ainda não entendemos completamente sobre o cérebro humano e as células nervosas. Na verdade, nós não sabemos como a célula nervosa faz uso de muitos desses 15 recursos demonstrados. A imitação das células nervosas pode nos permitir entender melhorar o cérebro e construir circuitos capazes de realizar tarefas inteligentes. Temos um longo caminho pela frente, mas este estudo é um bom começo," disse Harikesh.

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