Ingenieursonderzoekers van de University of Southern California hebben een belangrijke doorbraak bereikt in het gebruik van nanotechnologieën voor de constructie van een synthetisch brein. Ze hebben een synapscircuit van koolstofnanobuizen gebouwd waarvan het gedrag in tests de functie van een neuron reproduceert, de bouwsteen van de hersenen.

Het team, die werd geleid door professor Alice Parker en professor Chongwu Zhou in de USC Viterbi School of Engineering Ming Hsieh Department of Electrical Engineering, gebruikte een interdisciplinaire benadering waarbij circuitontwerp werd gecombineerd met nanotechnologie om het complexe probleem van het vastleggen van de hersenfunctie aan te pakken.

In een paper gepubliceerd in de procedures van de IEEE/NIH 2011 Life Science Systems and Applications Workshop in april 2011, het Viterbi-team legde uit hoe ze koolstofnanobuisjes konden gebruiken om een ​​synaps te creëren.

Koolstofnanobuisjes zijn moleculaire koolstofstructuren die extreem klein zijn, met een diameter die een miljoen keer kleiner is dan een potloodpunt. Deze nanobuisjes kunnen worden gebruikt in elektronische schakelingen, fungeren als metalen geleiders of halfgeleiders.

"Dit is een noodzakelijke eerste stap in het proces, " zei Parker, die in 2006 begon te kijken naar de mogelijkheid om een ​​synthetisch brein te ontwikkelen. "We wilden de vraag beantwoorden:kun je een circuit bouwen dat zich als een neuron zou gedragen? De volgende stap is nog complexer. Hoe kunnen we structuren bouwen uit deze circuits die de functie van de hersenen nabootsen, die 100 miljard neuronen heeft en 10, 000 synapsen per neuron?"

Parker benadrukte dat de feitelijke ontwikkeling van een synthetisch brein, of zelfs een functioneel hersengebied is tientallen jaren verwijderd, en ze zei dat de volgende hindernis voor de onderzoekscentra voor het reproduceren van hersenplasticiteit in de circuits is.

Het menselijk brein produceert voortdurend nieuwe neuronen, maakt nieuwe verbindingen en past zich gedurende het hele leven aan, en het creëren van dit proces door middel van analoge circuits zal een monumentale taak zijn, volgens Parker.

Ze gelooft dat het lopende onderzoek naar het begrijpen van het proces van menselijke intelligentie op lange termijn gevolgen kan hebben voor alles, van het ontwikkelen van prothetische nanotechnologie die traumatisch hersenletsel zou genezen tot het ontwikkelen van intelligente, veilige auto's die bestuurders op gedurfde nieuwe manieren zouden beschermen.

Voor Jonathan Joshi, een USC Viterbi Ph.D. student die co-auteur is van de paper, de interdisciplinaire benadering van het probleem was de sleutel tot de eerste vooruitgang. Joshi zei dat de samenwerking met Zhou en zijn groep nanotechnologie-onderzoekers de ideale dynamiek van circuittechnologie en nanotechnologie opleverde.

"De interdisciplinaire aanpak is de enige aanpak die tot een oplossing zal leiden. We hebben meer dan één type ingenieur nodig die aan deze oplossing werkt, " zei Joshi. "We moeten constant op zoek zijn naar nieuwe technologieën om dit probleem op te lossen."