Gli scienziati hanno creato cellulule cerebrali ‘sintetiche’ che possono contenere i ricordi, ecco di cosa si tratta

Gli scienziati hanno creato cellulule cerebrali ‘sintetiche’ che possono contenere i ricordi, ecco di cosa si tratta

Gli scienziati hanno creato parti chiave di cellule cerebrali sintetiche che possono contenere “ricordi” cellulari per millisecondi. Il risultato potrebbe un giorno portare a computer che funzionano come il cervello umano. Queste parti, che sono state utilizzate per modellare una cellula cerebrale artificiale, utilizzano particelle cariche chiamate ioni per produrre un segnale elettrico, nello stesso modo in cui le informazioni vengono trasferite tra i neuroni del cervello. I computer attuali possono fare cose incredibili, ma questa potenza di elaborazione ha un costo energetico elevato. Al contrario, il cervello umano è notevolmente efficiente, utilizzando all’incirca l’energia contenuta in due banane per svolgere un’intera giornata di lavoro, come riporta livescience.com. Leggi anche: Morbo di Parkinson, svelati alcuni sintomi premonitori da non sottovalutare

Il nuovo studio

Sebbene le ragioni di questa efficienza non siano del tutto chiare, gli scienziati hanno ragionato sul fatto che se potessero rendere un computer più simile al cervello umano, richiederebbe molta meno energia. Un modo in cui gli scienziati cercano di replicare il meccanismo biologico del cervello è utilizzando il potere degli ioni, le particelle cariche su cui il cervello fa affidamento per produrre elettricità. Nel nuovo studio, pubblicato sulla rivista Science il 6 agosto, i ricercatori del Centre national de la recherche scientifique di Parigi, Francia, hanno creato un modello computerizzato di neuroni artificiali in grado di produrre lo stesso tipo di segnali elettrici utilizzati dai neuroni per trasferire informazioni in il cervello; inviando ioni attraverso sottili canali d’acqua per imitare i veri canali ionici, i ricercatori potrebbero produrre questi picchi elettrici. E ora hanno persino creato un modello fisico che incorpora questi canali come parte di ricerche inedite e in corso. Leggi anche: L’inquinamento atmosferico da particolato fine è associato a un rischio maggiore di Alzheimer secondo un nuovo studio

Il potenziale d’azione

A un livello più preciso, i ricercatori hanno creato un sistema che imita il processo di generazione dei potenziali d’azione, picchi nell’attività elettrica generati dai neuroni che sono alla base dell’attività cerebrale. Per generare un potenziale d’azione, un neurone inizia a far entrare più ioni positivi, che sono attratti dagli ioni negativi all’interno della cellula. Il potenziale elettrico, o tensione attraverso la membrana cellulare, fa aprire le porte sulla cella chiamate canali ionici voltaggio-dipendenti, aumentando la carica ancora di più prima che la cella raggiunga un picco e ritorni alla normalità pochi millisecondi dopo. Il segnale viene quindi trasmesso ad altre cellule, consentendo alle informazioni di viaggiare nel cervello. Leggi anche: Dormire troppo porta benefici o è controproducente? I risultati di un nuovo studio

CONTINUA A LEGGERE

I risultati

Per imitare i canali ionici voltaggio-dipendenti, i ricercatori hanno modellato un sottile strato d’acqua tra fogli di grafene, che sono fogli di carbonio estremamente sottili. Gli strati d’acqua nelle simulazioni erano una, due o tre molecole in profondità, che i ricercatori hanno caratterizzato come una fenditura quasi bidimensionale. Bocquet ha affermato che i ricercatori volevano utilizzare questo ambiente bidimensionale perché le particelle tendono a reagire molto più fortemente in due dimensioni che in tre e mostrano proprietà diverse in due dimensioni, che i ricercatori hanno pensato potrebbero essere utili per il loro esperimento. Testando il modello in una simulazione al computer, i ricercatori hanno scoperto che quando applicavano un campo elettrico al canale, gli ioni nell’acqua formavano strutture simili a vermi. Man mano che il team applicava un campo elettrico maggiore nella simulazione, queste strutture si rompevano abbastanza lentamente da lasciare dietro di sé una “memoria” o un accenno alla configurazione allungata.  In questa simulazione, la “memoria” dello stato precedente degli ioni è durata alcuni millisecondi, circa lo stesso tempo impiegato dai neuroni reali per produrre un potenziale d’azione e tornare a uno stato di riposo. Questo è un tempo piuttosto lungo per gli ioni, che di solito operano su scale temporali di nanosecondi o meno.