Ein Team aus Princeton hat ein dreidimensionales Gerät entwickelt, das lebende Neuronen mit Elektronik verbindet. Dieses System kann programmiert werden, um elektrische Muster zu erkennen. Im Gegensatz zu früheren Versuchen, die flache 2D-Kulturen oder Zellhaufen nutzten, liegt die Innovation hier in der direkten Interaktion mit den Nervenzellen von innen heraus.
Um dies zu erreichen, verwendeten die Forscher Herstellungsmethoden, um ein 3D-Gitter aus mikroskopisch kleinen Metalldrähten und Elektroden zu schaffen, die von einer sehr dünnen Epoxidbeschichtung gehalten werden. Diese flexible Struktur ermöglicht es Zehntausenden von Neuronen, sich um sie herum zu entwickeln und ein dichtes dreidimensionales Netzwerk zu bilden, das Berechnungen durchführen kann. Die Studie wurde in
Nature Electronics veröffentlicht.
Künstlerische Darstellung eines Geräts, das biologische Neuronen und Elektronik in einem programmierbaren Netzwerk kombiniert.
Quelle: Kate Zvorykina/Ella Maru Studio, Inc. Dieses integrierte Format ermöglicht es, die elektrische Aktivität der Neuronen mit einer weitaus höheren Präzision als bei früheren Systemen aufzuzeichnen und zu stimulieren. Über mehr als sechs Monate beobachtete das Team die Entwicklung des Netzwerks, testete Methoden zur Stärkung oder Schwächung der Verbindungen zwischen Neuronen und trainierte dann einen Algorithmus zur Identifizierung von Mustern in den elektrischen Impulsen. In zwei separaten Experimenten unterschied das System korrekt zwischen verschiedenen räumlichen und zeitlichen Mustern.
Einer der Hauptautoren, Tian-Ming Fu, erklärt, dass der wahre Engpass für künstliche Intelligenz in naher Zukunft die Energie sei. Unser Gehirn verbraucht für ähnliche Aufgaben etwa ein Millionstel der Leistung aktueller KI-Systeme. Dieses Gerät könnte daher helfen, diese energetische Herausforderung zu bewältigen und gleichzeitig einige Fähigkeiten des Gehirns nachzubilden.
Kumar Mritunjay, Erstautor der Studie, gibt an, dass diese biologischen 3D-Neuronennetzwerke nicht nur die Berechnungsmechanismen des Gehirns aufdecken, sondern auch helfen könnten, neurologische Erkrankungen zu verstehen und möglicherweise zu behandeln.
Der Chip enthält etwa 70.000 biologische Neuronen in einem Netzwerk auf einem 3D-Gitter mit Dutzenden von mikroskopischen Elektroden, die die Aktivität der Gehirnzellen erkennen und manipulieren können.
Quelle: Wright Señeres