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Neurônios biológicos e artificiais ligados pela web

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14 de março de 2020

Neurônios biológicos e artificiais ligados pela web

Um novo estudo demonstrou, pela primeira vez, como três principais tecnologias emergentes podem trabalhar juntas: interfaces cérebro-computador (BCIs), redes neurais artificiais e tecnologias avançadas de memória (também conhecidas como memristores).

(a) Diagrama dos vários componentes do circuito de comunicação. ANpre e ANpost são os neurônios artificiais do silício;
MR1 e MR2 os memristores; os neurônios dos ratos são cultivados na superfície em TiO2.
(b) Diagrama operacional do circuito de comunicação. Créditos: Alexantrou Serb et al. 2020

Novas pesquisas sobre dispositivos nanoeletrônicos lideradas pela Universidade de Southampton, Reino Unido, permitiram que neurônios biológicos e neurônios artificiais se comuniquem entre si por longas distâncias. Essa descoberta abre as portas para novos desenvolvimentos significativos em neurociência e inteligência artificial (IA).

No cérebro humano, diferentes funções são possíveis por circuitos de neurônios spiking, conectados por links chamados sinapses. Isso permite que um neurônio (ou célula nervosa) passe um sinal elétrico ou químico para outro neurônio.

Para este novo estudo – publicado na revista Relatórios científicos da Nature – os pesquisadores criaram uma rede neural “híbrida”, na qual neurônios biológicos e artificiais foram capazes de se comunicar. Não apenas isso, mas o fizeram em diferentes partes do mundo, via Internet, através de um centro de sinapses artificiais construídas usando nanotecnologia de ponta. É a primeira vez que os três componentes se reúnem em uma rede unificada.

Durante o estudo, pesquisadores da Universidade de Pádua, na Itália, cultivaram neurônios de rato em seu laboratório, enquanto parceiros da Universidade de Zurique e da ETH Zurique criaram neurônios artificiais em microchips de silício. Esse “laboratório virtual” foi reunido por meio de uma configuração elaborada de controle de sinapses nanoeletrônicas desenvolvida na Universidade de Southampton. Esses dispositivos sinápticos são conhecidos como memristores.

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Os pesquisadores de Southampton capturaram eventos de pico sendo enviados pela Internet a partir de neurônios biológicos na Itália e depois os distribuíram para as sinapses memristivas. As respostas foram enviadas aos neurônios artificiais de Zurique também na forma de atividade de cravação. O processo funciona simultaneamente em sentido inverso também; de Zurique a Pádua. Assim, neurônios artificiais e biológicos foram capazes de se comunicar bidirecionalmente e em tempo real a longas distâncias.

Crédito: University of Southampton

“Um dos maiores desafios na realização de pesquisas desse tipo e nesse nível foi a integração de tecnologias de ponta distintas e conhecimentos especializados que normalmente não são encontrados sob o mesmo teto”, disse Themis Prodromakis, professor de nanotecnologia e diretor do Center for Fronteiras Eletrônicas na Universidade de Southampton. “Ao criar um laboratório virtual, conseguimos isso.”

Os pesquisadores agora antecipam que sua abordagem despertará o interesse de uma variedade de disciplinas científicas e acelerará o ritmo da inovação e do avanço científico no campo das interfaces neurais. Em particular, a capacidade de conectar tecnologias diferentes em todo o mundo é um passo em direção à democratização dessas tecnologias, removendo uma barreira significativa à colaboração.

“Estamos muito animados com este novo desenvolvimento”, acrescentou o professor Prodromakis. “Por um lado, ele estabelece as bases para um novo cenário que nunca foi encontrado durante a evolução natural – onde neurônios biológicos e artificiais são conectados e se comunicam através de redes globais; lançando as bases para a Internet de neuroeletrônica. Por outro lado , traz novas perspectivas para as tecnologias neuroprosthetic, abrindo o caminho para a pesquisa sobre a substituição de partes disfuncionais do cérebro por chips de IA “.

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Por enquanto, este estudo é pouco mais que uma prova de conceito. Mas talvez no futuro, experimentos como esse possam ser exponencialmente ampliados. Uma rede híbrida de tamanho suficiente – com centenas, milhares e, eventualmente, milhões e bilhões de sinapses artificiais – poderia permitir a emulação de regiões cerebrais inteiras e a cura de várias condições. Por fim, nos próximos cem anos, os cérebros ciborgues podem se tornar realidade, permitindo a transferência da consciência para um novo corpo.

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