Onderzoekers van RMIT University hebben zich laten inspireren door optogenetica, een opkomend instrument in de biotechnologie, om een ​​apparaat te ontwikkelen dat de manier nabootst waarop de hersenen informatie opslaan en verliezen. Optogenetica stelt wetenschappers in staat om met ongelooflijke precisie in het elektrische systeem van het lichaam te duiken, licht gebruiken om neuronen te manipuleren zodat ze aan of uit kunnen worden gezet.

De nieuwe chip is gebaseerd op een ultradun materiaal dat de elektrische weerstand verandert als reactie op verschillende golflengten van licht, waardoor het de manier kan nabootsen waarop neuronen werken om informatie in de hersenen op te slaan en te verwijderen. Onderzoeksteamleider Dr. Sumeet Walia zei dat de technologie toepassingen heeft in kunstmatige intelligentie (AI) -technologie die de volledige geavanceerde functionaliteit van de hersenen kan benutten.

"Onze optogenetisch geïnspireerde chip imiteert de fundamentele biologie van de beste computer van de natuur:het menselijk brein, " zei Walia. "In staat zijn om op te slaan, verwijderen en verwerken van informatie is van cruciaal belang voor computergebruik, en de hersenen doen dit uiterst efficiënt. We kunnen de neurale benadering van de hersenen simuleren door simpelweg verschillende kleuren op onze chip te laten schijnen. Deze technologie brengt ons verder op de weg naar snelle, efficiënt en veilig op licht gebaseerd computergebruik. Het brengt ons ook een belangrijke stap dichter bij de realisatie van een bionisch brein - een brein-op-een-chip dat net als mensen kan leren van zijn omgeving."

Dr. Taimur Ahmed, hoofdauteur van de studie gepubliceerd in Geavanceerde functionele materialen , zei dat het kunnen repliceren van neuraal gedrag op een kunstmatige chip opwindende mogelijkheden bood voor onderzoek in verschillende sectoren. "Deze technologie creëert enorme kansen voor onderzoekers om de hersenen beter te begrijpen en hoe deze worden beïnvloed door aandoeningen die neurale verbindingen verstoren, zoals de ziekte van Alzheimer en dementie, ' zei Achmed.

De onderzoekers, van de Functional Materials and Microsystems Research Group bij RMIT, hebben ook aangetoond dat de chip logische bewerkingen kan uitvoeren, een ander vakje aanvinken voor hersenachtige functionaliteit. Ontwikkeld bij RMIT's MicroNano Research Facility, de technologie is compatibel met bestaande elektronica, en is ook gedemonstreerd op een flexibel platform voor integratie in draagbare elektronica.

Hoe de chip werkt

Neurale verbindingen gebeuren in de hersenen door elektrische impulsen. Wanneer kleine energiepieken een bepaalde spanningsdrempel bereiken, de neuronen binden aan elkaar, het begin van het maken van herinneringen. Op de chip, licht wordt gebruikt om een ​​fotostroom op te wekken. Schakelen tussen kleuren zorgt ervoor dat de stroom van positief naar negatief verandert. Deze polariteitsverschuiving is gelijk aan het binden en verbreken van neurale verbindingen, een mechanisme dat neuronen in staat stelt te verbinden (en leren te induceren) of te remmen (en vergeten te induceren).

Dit is verwant aan optogenetica, waarbij door licht geïnduceerde modificatie van neuronen ze aan of uit zet, verbindingen met het volgende neuron in de keten mogelijk maken of blokkeren. Om de technologie te ontwikkelen, de onderzoekers gebruikten een materiaal genaamd zwarte fosfor (BP) dat van nature defect kan zijn. Dit is meestal een probleem voor opto-elektronica, maar met precisietechniek, de onderzoekers konden de gebreken benutten om nieuwe functionaliteit te creëren.

"Defecten worden meestal gezien als iets dat vermeden moet worden, maar hier gebruiken we ze om iets nieuws en nuttigs te maken, "Ahmed zei. "Het is een creatieve benadering om oplossingen te vinden voor de technische uitdagingen waarmee we worden geconfronteerd."