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ZURIGO
03.03.2020 - 15:160

Creato il primo neurone artificiale su un chip in silicio

La messa a punto di questi neuroni hi-tech permetterà di combattere alcune malattie cerebrali degenerative

Per la prima volta nella storia alcuni ricercatori sono riusciti a sviluppare neuroni artificiali che si comportano proprio come quelli reali, segnando un passo in avanti verso la possibilità di riparare circuiti nervosi e ripristinare funzioni perdute.

Si tratta, in sostanza, di neuroni artificiali in silicio in grado di rispondere ai segnali del sistema nervoso e che promettono già di diventare un’arma in più nella lotta contro alcune malattie causate dalla degenerazione delle cellule nervose, prima fra tutte l'Alzheimer. La scoperta è stata descritta sulla rivista Nature Communications ed è il frutto della ricerca coordinata da Alain Nogaret, del dipartimento di Fisica dell'Università britannica di Bath, e condotta con l'Università svizzera di Zurigo e quella neozelandese di Auckland. Hanno fatto parte del team di ricerca anche gli italiani Elisa Donati e Giacomo Indiveri, entrambi dell'Università di Zurigo.

La comunità scientifica cercava da decenni di creare neuroni artificiali che fossero in grado di rispondere ai segnali elettrici del sistema nervoso in modo simile a come fanno i neuroni reali, così da poter curare tutte quelle malattie in cui i neuroni non funzionano correttamente. Tuttavia, sino ad oggi, lo sviluppo dei neuroni artificiali è stata una sfida a dir poco ardua perché le risposte neuronali sono difficili da prevedere. In effetti, è davvero complicato capire in che modo i neuroni rispondono agli stimoli elettrici, poiché le loro risposte non sono “lineari”.

Per sviluppare i neuroni artificiali, i ricercatori si sono serviti di una combinazione di modelli matematici e informatici per progettare chip di silicio che riuscissero a replicare ciò che le cellule nervose fanno naturalmente, riuscendo a dimostrare per la prima volta che i loro neuroni artificiali imitavano con precisione quelli reali, rispondendo a una serie di stimolazioni. Replicando la dinamica completa dei neuroni dell’ippocampo e di quelli respiratori in un gruppo di topi, hanno attestato che i neuroni artificiali non solo si comportano proprio come i neuroni biologici, ma hanno bisogno solo di un miliardesimo della potenza di un microprocessore, rendendoli così ideali per l’uso in impianti e dispositivi medici.

«Fino ad ora i neuroni sono stati come scatole nere, ma ora siamo riusciti ad aprire queste scatole e scrutare al loro interno», ha affermato Alain Nogaret. «Il nostro lavoro non solo fornisce un metodo per riprodurre nei minimi dettagli le proprietà elettriche dei neuroni reali, ma dimostra anche che i nostri neuroni hanno bisogno solo di 140 nanoWatt di potenza, ossia un miliardesimo del fabbisogno energetico di un microprocessore, che altri tentativi di usare i neuroni sintetici hanno utilizzato».

Al momento sono due le cellule nervose imitate sui chip di silicio: quelle che controllano sia la respirazione sia il ritmo del cuore, il cui malfunzionamento è all'origine di disturbi come l'aritmia, e quelle dell'ippocampo, la struttura del cervello nella quale si trova la centralina della memoria. Per tale ragione, come ha spiegato ancora Nogaret, le possibili applicazioni all’orizzonte di tale scoperta sono i “pacemaker intelligenti”, che adoperano i neuroni per aiutare il cuore a battere con il ritmo giusto, oppure «il trattamento di malattie neurodegenerative, come l'Alzheimer».

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