Sinapsi artificiali per la comunicazione
neuronale
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
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 l’apprendimento e la
memorizzazione che si fondano sul numero di ripetizioni (o prove) e il
raggiungimento di varie soglie di tensione.
L’emulazione delle loro proprietà e la realizzazione di interfacce tra cervello
e macchine (brain-computer), in grado di acquisire, leggere e stimolare
l’attività 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, l’Istituto 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. Lo studio è stato pubblicato
su Advanced Materials Technologies. “I risultati dimostrano l’effettiva
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 all’approccio consolidato basato su microelettrodi”, spiega
Salvatore Iannotta del Cnr-Imem. “Dettagli molto rilevanti della comunicazione
interneuronale sono riprodotti, sia dal punto di vista dell’eccitazione
reciproca tra i neuroni sia nel dettaglio dell’evoluzione 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 nell’ambito 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
l’obiettivo 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.