Prima di procedere
Un gruppo di ricercatori dell'Università del Massachusetts ad Amherst afferma di aver compiuto un significativo balzo avanti nella tecnologia bioelettronica. I loro studi hanno portato alla creazione di un neurone artificiale che imita il comportamento e le caratteristiche dimensionali dei neuroni biologici. Questa innovazione promette di rivoluzionare l'intelligenza artificiale e la bioingegneria, integrando efficacemente le proprietà di elettronica e biologia.
Il team ha progettato un neurone basato su un memristore, un tipo avanzato di memoria che modifica la sua resistenza, usando nanofili proteici derivati dal Geobacter sulfurreducens, un batterio unico nel suo genere. Questi nanofili permettono al memristore di operare a un livello energetico eccezionalmente basso, riducendo la tensione di commutazione a 60 mV e il flusso di corrente a 1,7 nA, consumi molto simili a quelli naturali. Tali risultati potrebbero rappresentare una svolta rispetto alle tradizionali tecnologie elettroniche, che operano su livelli ben più alti di energia.
Il neurone artificiale possiede anche sensori chimici per rilevare ioni e neurotrasmettitori, simulando in tal modo la neuromodulazione, un processo grazie al quale i neuroni rispondono a composti chimici esterni. Questo è un passo cruciale per replicare la complessità dei sistemi nervosi biologici, i quali si avvalgono sia di segnali elettrici che chimici per tutte le funzioni.
L'eccezionale efficienza energetica di questo neurone è un'alternativa concreta ai modelli avanzati di intelligenza artificiale come il ChatGPT, noti per il loro elevato consumo di energia. Gli scienziati sono entusiasti di questa innovazione, evidenziando il potenziale di applicazione nella medicina, nella tecnologia computazionale e negli interfacce cervello-macchina. I neuroni artificiali potrebbero dunque ridurre drasticamente le differenze operative tra sistemi ad alta e bassa tensione, migliorando la compatibilità.
L'importante traguardo è stato raggiunto collegando questi neuroni a dei cardiomiociti, le cellule muscolari del cuore, derivate da cellule staminali umane tramite una rete sensoristica in grafene. Questa configurazione non solo riproduceva fedelmente l'attività elettrica cardiaca, ma era anche capace di distinguere cambiamenti causati da influenze chimiche come quella della noradrenalina, simulando un incremento della frequenza cardiaca, conosciuto come tachicardia. Attraverso tali test, gli scienziati hanno dimostrato che l'elettronica e i tessuti viventi possono interagire senza problemi.
Il prototipo potrebbe aprire la strada a sensori che monitorano il comportamento delle cellule, la risposta ai farmaci, e persino contribuire a riparare circuiti neuronali danneggiati da gravi traumi cerebrali o spinali. Guardando al futuro, questi neuroni artificiali potrebbero rivoluzionare gli interfacce cervello-macchina e favorire lo sviluppo di computer basati su sistemi biologici, integrando la tecnologia direttamente con i tessuti viventi senza conversioni intermedie.
