Sinapse artificial interage com células vivas

Redação do Site Inovação Tecnológica

Os componentes sintéticos funcionam com o mesmo princípio que os neurônios aos quais estão conectados.
[Imagem: Nature Materials]

Sinapse artificial orgânica

Em 2017, uma equipe da Universidade de Stanford, nos EUA, criou uma sinapse artificial orgânica para ser usada em processadores neuromórficos, ou seja, que imitam o modo de funcionamento do cérebro.

Agora eles conseguiram conectar as sinapses artificiais com células vivas, o que significa que esses componentes orgânicos poderão ser usados para criar interfaces entre o humano e o eletrônico, como próteses controladas pelo cérebro ou interfaces cérebro-computador com as mais variadas finalidades.

Enquanto outros dispositivos integrados ao cérebro - as chamadas interfaces neurais - exigem um sinal elétrico para detectar e processar as mensagens do cérebro, a comunicação entre estes novos componentes e as células vivas ocorre através da eletroquímica - como se o material fosse apenas mais um neurônio recebendo mensagens de seus vizinhos.

"Este trabalho realmente destaca a robustez única dos materiais que usamos para que pudéssemos interagir com a matéria viva. As células ficam felizes assentadas no polímero macio, mas a compatibilidade é mais profunda: esses materiais funcionam com as mesmas moléculas que os neurônios usam naturalmente," disse o professor Alberto Salleo, coordenador da equipe.

Matriz contendo nove sinapses artificiais, que foram conectadas com células vivas.
[Imagem: Armantas Melianas/Scott Keene]

Sintético comunicando-se com biológico

A sinapse artificial bio-híbrida consiste em dois eletrodos macios, feito de polímero, separados por um canal cheio de solução eletrolítica, que desempenha o papel da fenda sináptica que separa os neurônios no cérebro.

Quando células vivas - a equipe usou células neuroendócrinas de ratos - são colocadas em cima de um desses eletrodos, os neurotransmissores liberados por essas células (dopamina) reagem com o eletrodo, produzindo íons. Esses íons viajam pelo canal até o segundo eletrodo e modulam o estado condutor desse eletrodo. Parte dessa mudança é preservada, simulando o processo de aprendizado que ocorre na natureza.

Esse processo imita o mesmo tipo de aprendizado observado nas sinapses biológicas, que são altamente eficientes em termos de consumo de energia, uma vez que a computação e o armazenamento de memória acontecem em uma única ação - nos processadores eletrônicos atuais, os dados são processados primeiro e depois movidos para a memória.

"É uma demonstração de que essa comunicação que combina química e eletricidade é possível," disse Salleo. "Você pode dizer que é o primeiro passo em direção a uma interface cérebro-máquina, mas é um primeiro passo muito, muito pequeno."

Como próximo passo, a equipe já está trabalhando para fazer o dispositivo funcionar melhor em ambientes biológicos mais complexos, que contenham diferentes tipos de células e neurotransmissores.

Bibliografia:

Artigo: A biohybrid synapse with neurotransmitter-mediated plasticity
Autores: Scott T. Keene, Claudia Lubrano, Setareh Kazemzadeh, Armantas Melianas, Yaakov Tuchman, Giuseppina Polino, Paola Scognamiglio, Lucio Cinà, Alberto Salleo, Yoeri van de Burgt, Francesca Santoro
Revista: Nature Materials
DOI: 10.1038/s41563-020-0703-y