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Por primera vez, los investigadores han simulado uniones neurológicas llamadas sinapsis utilizando los mismos ingredientes de agua y sal que utiliza el cerebro, contribuyendo a un campo emergente que combina la biología con la electrónica llamada iontrónica.

El equipo de la Universidad de Utrecht en Países Bajos y la Universidad de Sogang en Corea del Sur afirman haberse inspirado en el funcionamiento del cerebro humano, que también utiliza partículas cargadas llamadas iones disueltas en agua para transmitir señales dentro de las neuronas.

Una característica importante de la capacidad del cerebro para procesar información es la plasticidad sináptica, que permite a las neuronas ajustar la fuerza de las conexiones entre ellas en respuesta al historial de entradas.

llamado iontrónico memristorel dispositivo ‘recuerda’ cuánta carga eléctrica ha fluido previamente a través de élacercándonos a generar sistemas artificiales capaces de imitar los superpoderes del cerebro humano.

Una representación gráfica de la nueva sinapsis. (Universidad de Utrecht)

«Representa un avance crucial hacia computadoras que no sólo son capaces de imitar los patrones de comunicación del cerebro humano sino que también utilizan el mismo medio». dice El físico teórico Tim Kamsma de la Universidad de Utrecht.

Con forma de cono con una solución de agua y sal en su interior, el memristor iontrónico mide sólo 150 por 200 micrómetros, el ancho de unos tres o cuatro cabellos humanos uno al lado del otro. Los impulsos eléctricos hacen que los iones se muevan a través del canal en forma de cono, y las variaciones en la carga eléctrica provocan variaciones en el movimiento de los iones. El cambio en la forma en que la sinapsis conduce la electricidad se puede medir y decodificar para comprender cuál era la señal de entrada, que representa una especie de recuerdo.

Diagrama de sinapsis
Una imagen microscópica de la sinapsis artificial. (Kamsma et al., PNAS2024)

Todavía estamos en las primeras etapas del dispositivo y para iontrónica en general. Sin embargo, la forma en que la longitud del canal afecta la duración de la retención de memoria del memristor ya sugiere que los canales podrían adaptarse para tareas específicas, de forma muy similar a como lo hacen en el cerebro. Los físicos también quieren ver cómo estas sinapsis sintéticas podrían combinarse de diferentes maneras.

Al ser relativamente rápido y económico de producir, el nuevo diseño podría ampliarse para una variedad de aplicaciones futuras.

«Si bien ya existen sinapsis artificiales capaces de procesar información compleja a partir de materiales sólidos, ahora demostramos por primera vez que esta hazaña también se puede lograr utilizando agua y sal». dice Kamsma.

«Estamos replicando eficazmente el comportamiento neuronal utilizando un sistema que emplea el mismo medio que el cerebro».

La esperanza es que siguiendo el modelo proporcionada por el cerebro De esta manera, en lugar de depender de procesos y componentes eléctricos tradicionales, podremos acercarnos a la capacidad y eficiencia del cerebro con nuestras propias computadoras.

Para los investigadores, también es un poderoso ejemplo de cómo la física teórica y experimental se puede combinar para abrir nuevos caminos científicos, lo que le dio al equipo un factor sorpresa en el momento en que se creó la sinapsis artificial.

«Pensé ¡guau!» dice Kamsma. «Es increíblemente gratificante ser testigo de la transición de las conjeturas teóricas a resultados tangibles en el mundo real, que en última instancia dan como resultado estos hermosos resultados experimentales».

La investigación ha sido publicada en PNAS.