Neue Forschung ermöglicht es dem Gehirn und künstlichen Neuronen, sich durch ein Netzwerk zu verbinden

Die Funktionen des Gehirns werden durch die Stachelschaltkreise der Neuronen ermöglicht, die durch mikroskopisch kleine, aber sehr komplexe Verbindungen, Synapsen genannt, miteinander verbunden sind. In dieser neuen Studie, die in Nature Scientific Reports veröffentlicht wurde, schufen Wissenschaftler ein hybrides neuronales Netzwerk, in dem biologische und künstliche Neuronen in verschiedenen Teilen der Welt über einen Knotenpunkt künstlicher Synapsen, die mit der neuesten Nanotechnologie hergestellt wurden, über das Internet miteinander kommunizieren konnten. Zum ersten Mal wurden diese drei Komponenten zu einem einzigen Netzwerk verbunden.

Während ihrer Forschung züchteten Wissenschaftler der Universität Padua, Italien, in ihrem Labor Rattenneuronen und Partner von Universität und ETH Zürich schufen künstliche Neuronen auf Silizium-Mikroprozessoren. Das virtuelle Labor war durch eine umfangreiche Konfiguration zur Steuerung nanoelektronischer Synapsen verbunden, die an der Universität Southampton entwickelt wurde. Diese synaptischen Vorrichtungen sind als Memristoren bekannt.

Southampton-Forscher fingen über das Internet gesendete stachelige Ereignisse von biologischen Neuronen in Italien ein und verbreiteten sie dann auf memristiven Synapsen. Die Antworten wurden dann an künstliche Neuronen in Zürich geschickt, ebenfalls in Form von Sprungaktivitäten. Dieser Prozess funktioniert auch in umgekehrter Richtung, von Zürich nach Padua. Auf diese Weise waren die künstlichen und biologischen Neuronen in der Lage, bidirektional und in Echtzeit zu kommunizieren.

Themis Prodromakis, Professorin für Nanotechnologie und Direktorin des Electronic Borders Centre an der Universität Southampton, sagte: "Eine der größten Herausforderungen bei der Durchführung dieser Art von Forschung und auf dieser Ebene ist die Integration solch klarer, moderner Technologien und Fachkenntnisse, die normalerweise nicht unter einem Dach zu finden sind. Durch die Schaffung eines virtuellen Labors haben wir dies erreicht.

Forscher erwarten nun, dass ihr Ansatz das Interesse vieler wissenschaftlicher Disziplinen weckt und das Tempo der Innovation und des wissenschaftlichen Fortschritts in der neuronalen Schnittstellenforschung beschleunigt. Insbesondere die Fähigkeit, verschiedene Technologien weltweit nahtlos zu integrieren, ist ein Schritt zur Demokratisierung dieser Technologien und beseitigt ein wichtiges Hindernis für die Zusammenarbeit.

Professor Prodromakis fügte hinzu: "Wir sind sehr gespannt auf diese neue Entwicklung. Einerseits bildet sie die Grundlage für ein innovatives Szenario, das es in der natürlichen Evolution noch nie gegeben hat, in dem biologische und künstliche Neuronen miteinander verbunden sind und in globalen Netzwerken kommunizieren; damit wird die Grundlage für das Internet der Neuroelektronik gelegt. Andererseits eröffnet sie neue Perspektiven für neuroprotische Technologien und ebnet den Weg für die Forschung über den Ersatz dysfunktionaler Teile des Gehirns durch SI-Systeme.

Diese Forschung wurde durch das EU-Programm "Future and Emerging Technologies" und den Forschungsrat finanziert. Professor Prodromakis hat auch einen Lehrstuhl an der Royal Academy of Engineering im Bereich "Emerging Technologies" inne, der sich auf die Entwicklung energieeffizienter Hardware-Lösungen konzentriert.