Cientistas desenvolvem Neurônios Artificiais para curar doenças crônicas

Um neurônio artificial pequeno o suficiente para caber na ponta de um dedo foi criado por cientistas, que esperam que a tecnologia possa ser usada para ajudar os pacientes a superar paralisia e doenças crônicas.

Os neurônios biônicos foram desenvolvidos para imitar as células do sistema nervoso – recebendo sinais elétricos de células nervosas saudáveis e enviando-os para neurônios em outros músculos e órgãos do corpo.

Foi uma “tarefa desafiadora” devido à biologia complexa e à dificuldade em prever como os neurônios respondem, disse Alain Nogaret, da Universidade de Bath.

Ele disse que espera que o dispositivo possa ser usado em implantes médicos para tratar doenças como insuficiência cardíaca e Alzheimer, já que requer tão pouca energia.

O minúsculo chip de neurônio artificial tem menos de meia polegada de diâmetro e usa apenas cerca de um bilionésimo da energia necessária para um microprocessador como o usado em um computador ou telefone celular.

Um neurônio é um tipo de célula que carrega impulsos elétricos ao redor do sistema nervoso para transportar informações ou retransmitir sinais de uma parte do corpo para outra.

“Até agora, os neurônios eram como caixas pretas, mas conseguimos abrir a caixa preta e espiar por dentro”, disse o professor Nogaret, pesquisador principal.

“Nosso trabalho está mudando de paradigma porque fornece um método robusto para reproduzir as propriedades elétricas de neurônios reais em mínimos detalhes”.

Ele disse que eles foram capazes de replicar todas as diferentes células nervosas do cérebro e do sistema nervoso e esperam que possam ser usadas em implantes de biotecnologia para ajudar pessoas com doenças de longo prazo, substituindo funções que falham devido a doenças.

A equipe de pesquisadores do Reino Unido e da Nova Zelândia diz que agora podem imitar a resposta de neurônios biológicos reais.

Algumas das aplicações práticas incluem marcapassos inteligentes que não apenas estimulam o coração a bombear a um ritmo constante, mas usam esses neurônios para responder em tempo real às demandas impostas ao coração – replicando um coração saudável.

Os pesquisadores dizem que outras aplicações possíveis podem estar no tratamento de doenças como Alzheimer e doenças degenerativas neuronais de maneira mais geral.

“Podemos estimar com precisão os parâmetros que controlam o comportamento de qualquer neurônio com alta certeza”, disse o professor Nogaret.

“Criamos modelos físicos do hardware e demonstramos sua capacidade de imitar com êxito o comportamento de neurônios vivos reais.

“Nossa terceira inovação é a versatilidade do nosso modelo, que permite a inclusão de diferentes tipos e funções de uma variedade de neurônios mamíferos complexos”.

Eles dizem que construíram neurônios do hipocampo e respiratórios que poderiam ser usados para reparar biocircuitos doentes e substituí-los por circuitos artificiais.

O maior avanço foi na redução dos requisitos de energia das novas células artificiais, de acordo com o professor Nogaret.

“Nossos neurônios precisam apenas de 140 nanowatts de potência”, disse ele.

“Isso é um bilionésimo do requisito de energia de um microprocessador, usado por outras tentativas de produzir neurônios sintéticos.

“Isso torna os neurônios adequados para implantes bioeletrônicos no tratamento de doenças crônicas”.

Julian Paton, da Universidade de Auckland e pesquisador do estudo, disse que foi um desenvolvimento empolgante que abriu oportunidades biomédicas.

‘Isso inclui oportunidades para dispositivos médicos mais inteligentes que direcionam para abordagens de medicina personalizada a uma série de doenças e deficiências; estamos realmente nos aproximando de uma era biônica na medicina.

Os pesquisadores dizem que os neurônios artificiais podem reparar biocircuitos doentes, replicando sua função saudável e respondendo adequadamente ao feedback biológico para restaurar a função corporal.

A equipe foi capaz de modelar e derivar equações para explicar como os neurônios respondem a estímulos elétricos de outros nervos – algo mais complicado pelo fato de os neurônios serem inerentemente “não lineares”.

“Se um sinal se torna duas vezes mais forte, não deve necessariamente provocar uma reação duas vezes maior – pode ser três vezes maior ou metade do tamanho”, disse o professor Nogaret.

Eles foram capazes de usar essas informações para criar um chip de silício que ‘modelava com precisão os canais de íons biológicos’ antes de finalmente provar que seus chips imitavam neurônios vivos reais e respondem a uma série de estímulos.

O professor Giacomo Indiveri, outro co-autor do estudo, da Universidade de Zurique, acrescentou: “Este trabalho abre novos horizontes para o design de chips neuromórficos, graças à sua abordagem única para identificar parâmetros cruciais dos circuitos analógicos”.

A pesquisa – realizada em colaboração com as Universidades de Bristol, Zurique e Auckland – foi publicada na revista Nature Communications.

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Fonte: University of Bath –