Una rete neurale ibrida grazie alle nanotecnologie

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Con le nanotecnologie nuove prospettive per il trattamento di patologie neurologiche. 

Neuroni biologici e neuroni artificiali collegati attraverso sinapsi realizzate con un nuovo componente elettronico di dimensioni nanometriche, il memristore. L’esperimento è stato condotto nell’ambito del progetto internazionale SYNCH (SYnaptically connected brain-silicon Neural Closed-loop Hybrid system), coordinato dall’Università di Padova, per realizzare una rete neurale ibrida, di neuroni artificiali e neuroni biologici di ratto.
I neuroni e le sinapsi, situati addirittura in città diverse, sono stati messi in comunicazione via internet: i neuroni cerebrali erano situati a Padova, i neuroni artificiali a Zurigo e i memristori a Southampton. 

Sinapsi e memristori
Il memristore, teorizzato nel 1971 ma realizzato solo nel 2008 grazie alle nanotecnologie, è oggi l’unico dispositivo in grado di simulare il funzionamento di una sinapsi. Il nome deriva dall’unione di memoria e resistore: si tratta, infatti, di un elemento circuitale non lineare passivo dotato di memoria analogica. Il memristore dunque si comporta in modo simile a una sinapsi, la cui propensione a trasmettere i segnali dipende dalla storia delle precedenti eccitazioni. Il memristore, inoltre, offre il vantaggio di mantenere il suo stato di memoria senza alimentazione ed è in grado di immagazzinare ed elaborare rapidamente una mole di dati molto maggiore di quella trattata con i circuiti digitali.

Le finalità della ricerca sono state descritte dal coordinatore del progetto, il professore Stefano Vassanelli dell’Università di Padova: l’idea è quella di arrivare ad usare circuiti artificiali per assistere, o addirittura sostituire, circuiti neurali degenerati o malfunzionanti, ad esempio nel Parkinson, o a seguito di ictus e lesioni spinali.

Le ricerche sulle connessioni neurali artificiali sono particolarmente fertili negli ultimi mesi e spesso vedono coinvolti ricercatori e istituzioni italiane. A cavallo tra la fine del 2018 e l’inizio del 2019 abbiamo registrato infatti la notizia delle prime realizzazione di sinapsi a base di memristori a cura di due team italiani, rispettivamente presso il Politecnico di Torino e presso il CNR e l’Imem di Parma. Alla fine dello stesso anno è stata annunciata la realizzazione di un neurone artificiale su microchip da parte di un gruppo di ricerca che ha visto coinvolte l’università inglese di Bath, l’università svizzera di Zurigo e l’università di Auckland, in Nuova Zelanda. Il contributo innovativo del progetto SYNCH sta nell’aver realizzato una rete telematica ibrida, connettendo via internet neuroni biologici e artificiali attraverso le sinapsi memristive.

È di grande suggestione che, per realizzare artificialmente una connessione neurale, ossia un fenomeno che esiste da quando esiste l’uomo, sia stato determinante l’apporto delle nanotecnologie, che solo recentemente hanno consentito di realizzare il componente elettronico necessario alla simulazione dell’affascinante meccanismo delle sinapsi.

Al progetto SYNCH partecipano: Università di Padova; University Of Southampton; Technische Universitaet Dresden; Technische Universitaet Graz; Bar-Ilan University;  aiCTX AG; ArC Instruments; EnginSoft SPA.

 

Fonti: 1, 2, 3, 4
Immagine : Designed by kjpargeter / Freepik

Arianna Clemente

Arianna Clemente

Laureata in Engineering Sciences con una tesi sulla biofluidodinamica del ventricolo sinistro. Frequenta il corso di laurea magistrale in Ingegneria delle nanotecnologie, alla Sapienza di Roma. Appassionata di medicina e tecnologia.

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