Kunstmatig neuron dat dingen doet die echte zenuwcellen ook doen (afb: Simone Fabiano et al./Science Advances)

Onderzoekers van de universiteit van Linköping in Zweden hebben een kunstmatig ‘neuron’ van geleidende kunststof ontwikkeld dat geavanceerde functies kan uitvoeren die vergelijkbaar zijn met die van biologische zenuwcellen. Die kunstmatige ‘zenuwcellen’ zouden de weg effenen voor een nieuwe generatie lichaamsgeïntegreerde sensoren, medische implantaten en robotica. Hoera?
“Het nabootsen van het gedrag van biologische neuronen is al lang een belangrijk doel in de zogeheten neuromorfische techniek”, zegt Simone Fabiano, hoogleraar materiaalkunde aan de universiteit van Linköping (LiU). “Traditionele elektronica op basis van silicium schiet tekort omdat die niet dezelfde taal spreekt als de zenuwcellen in ons lichaam.”
Fabiano en collega’s van het Laboratorium voor Organische Elektronica van LiU ontwikkelen een klasse zachte, flexibele materialen, geconjugeerde polymeren die zowel ionen als elektronen kunnen transporteren. Deze dubbele capaciteit stelt die in staat om beter te communiceren met biologische systemen.
De groep stelt nu aangetoond te hebben dat hun kunstmatige neuronen een vorm van informatieverwerking kunnen uitvoeren die we in ons zenuwstelsel zien. Deze functie houdt in dat het neuron alleen wordt geactiveerd wanneer er één invoer aanwezig is en een andere niet. Dit wordt anticoïncidentiedetectie genoemd en is een kernprincipe bij taken zoals tastzin.
Fabiano: “We kunnen ons voorstellen dat we deze apparaten kunnen gebruiken om tastzin toe te voegen bij protheses of robotica. Ze laten zien dat organische elektronica niet alleen een zachter alternatief is voor silicium, maar ook nieuwe vormen van neuraal rekenen mogelijk maakt die biologie verbindt met elektronica.”

Zenuwcelfuncties

Begin 2023 slaagden de onderzoekers van Campus Norrköping erin kunstmatige ‘zenuwcellen’ te creëren die 15 van de 22 belangrijkste eigenschappen van biologische neuronen nabootsten. Deze plastische zenuwcellen waren echter afhankelijk van veel verschillende componenten, wat hun praktische toepassing beperkte.

In in nieuw onderzoek hebben ze de technologie verder verfijnd. Ze hebben de kunstmatige zenuwcel teruggebracht tot slechts één organische elektrochemische transistor, terwijl die toch maar liefst 17 neurale eigenschappen kan reproduceren. Deze kunstmatige ‘neuron’ is niet alleen zeer functioneel, maar ook extreem compact, vergelijkbaar in grootte met een menselijke zenuwcel.
Fabinao: “Dit is een van de eenvoudigste en biologisch meest relevante kunstmatige neuronen die tot nu toe zijn gemaakt. Het opent de deur naar de directe integratie van synthetische neuronen met levend weefsel of zachte robots.”

Bron: Alpha Galileo