Uma equipe internacional liderada por pesquisadores da Universidade de Bath (Inglaterra) realizou um feito inédito: conseguiu reproduzir a atividade biológica de neurônios usando chips de silicone.
E o que é ainda melhor: esses “neurônios artificias” requerem apenas 140 nanoWatts para funcionar, o que é um bilionésimo da energia necessária a microprocessadores utilizados em outros estudos.
Os chips têm inúmeras potenciais aplicações médicas, especialmente para curar doenças crônicas como o Alzheimer, nas quais os neurônios não funcionam adequadamente.
Também podem servir para restaurar a função em casos nos quais as células pararam de funcionar totalmente, como lesões na medula espinhal.
Por fim, também poderiam tratar condições como insuficiência cardíaca. Nesse caso, alguns neurônios na base do cérebro não trabalham adequadamente, de forma que não enviam os sinais corretos para o coração, que por sua vez não bombeia tão forte quanto deveria.
Dificuldades
Criar os chips não foi nada fácil. Neurônios se comportam de maneira semelhante a circuitos elétricos, mas de forma muito menos previsível. Assim, os pesquisadores tiveram que fazer cálculos e criar modelos para tentar elucidar como neurônios específicos respondiam a certos estímulos elétricos.
E essas respostas não eram lineares; por exemplo, quando um sinal se torna duas vezes mais forte, isso não significa necessariamente que vai liberar uma reação duas vezes maior. Ao projetar os chips de silicone, os pesquisadores tentaram imitar a resposta dos neurônios a uma variedade de estímulos. E conseguiram replicar com sucesso a dinâmica dos neurônios respiratórios e do hipocampo em ratos.
“Nosso trabalho é paradigmático porque fornece um método robusto para reproduzir as propriedades elétricas de neurônios reais em mínimos detalhes”, disse o principal autor do estudo, Alain Nogaret, do Departamento de Física da Universidade de Bath.
Próximos passos
Nogaret explica que a abordagem do estudo combina várias descobertas.
“Podemos estimar com precisão os parâmetros que controlam o comportamento de qualquer neurônio. Criamos modelos físicos do hardware e demonstramos sua capacidade de simular com êxito o comportamento de neurônios vivos reais. Nosso terceiro avanço é a versatilidade do nosso modelo, que permite a inclusão de diferentes tipos e funções de uma variedade de neurônios mamíferos complexos”, resume.
Uma vez que os neurônios artificiais podem ser miniaturizados e implantados, isso cria diversas oportunidades para dispositivos médicos inteligentes e personalizados.
“Por exemplo, estamos desenvolvendo 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 – o que acontece naturalmente em um coração saudável. Outras possíveis aplicações poderiam ser no tratamento de doenças como Alzheimer e doenças degenerativas neuronais de maneira mais geral”, conclui Nogaret.
Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na revista científica Nature Communications.
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