تقلید بی نظیر عملکرد شبکیه چشم با زیست تراشه هوشمند

اخیرا یک گروه چند ملیتی به سرپرستی محققی در جولیخ آلمان به نام فرانچسکا سانتورو، زیست تراشه هوشمندی ساخته است که به طور موثر شبکیه چشم انسان را تقلید می کند و فرصت های جدیدی را در حوزه بیوالکترونیک باز می کند.

به گزارش تکناک، شبکیه، لایه ای از بافت عصبی است که در پشت چشم قرار دارد و نقش مهمی در روند بینایی دارد. این بخش کلیدی چشم وظیفه تبدیل نور به سیگنال های الکتریکی را بر عهده دارد که به مغز منتقل می شود و ما را قادر می سازد تصاویر را ببینیم و درک کنیم. این فرآیندی است که زیست تراشه جدید دوباره ایجاد می کند.

ایجاد تصویر در مغز

سانتورو که استاد رابط‌های نوروالکترونیک در دانشگاه RWTH است، توضیح داد: جسم نیمه هادی آلی ما توانایی تشخیص میزان نوری که بر روی آن تابیده می‌شود را دارد. اتفاق مشابهی در چشم ما نیز رخ می‌دهد. مقدار نوری که بر روی سلول‌های فردی گیرنده‌های نوری منفرد تابیده می‌شود، در نهایت تصاویر را در مغز ایجاد می‌کند.

زیست تراشه (integrated circuit : electronic circuit formed on a small, flat piece of semiconductor material) جدید، مبتنی بر مولکول‌های حساس به نور و پلیمرهای رسانا است که می‌توان از آنها برای تقلید مدارهای بینایی شبکیه استفاده کرد. در آینده، این زیست تراشه می‌تواند همجوشی بیشتر بین ایمپلنت‌های شبکیه و بدن انسان را تسهیل کند.

این به این دلیل است که زیست تراشه جدید انعطاف پذیر است، کاملاً از مواد آلی غیرسمی ساخته شده است و به وسیله یون ها یعنی با اتم ها یا مولکول های باردار، عمل می کند. در نتیجه می‌توان آن را در سیستم‌های زیستی بسیار مؤثرتر از اجزای  نیمه‌رسانای سنتی مبتنی بر سیلیکون که انعطاف‌ناپذیر و محدود به عملیات الکترونی هستند، ادغام کرد.

سانتورو افزود: سلول های بدن ما به طور خاص از یون ها برای کنترل فرآیندهای خاص و تبادل اطلاعات استفاده می کنند.

گروه تحقیقاتی سانتورو در تلاش برای پیشبرد تحقیقات، روش‌های جایگزینی برای ارتباط تراشه های بیولکترونیک با بافت انسان، به خصوص سلول‌های سیستم عصبی را مورد بررسی قرار می‌دهد. پلیمرهای زیستی استفاده شده در ساخت شبکیه مصنوعی، به طور ویژه ای مناسب این کار هستند زیرا قادر به تقلید نه تنها سازماندهی سه‌بعدی سلول‌های عصبی هستند، بلکه قابلیت پردازش و ذخیره اطلاعات آن‌ها را نیز دارند.

کمک به عملکرد اندام با تراشه

سانتورو و همکارانش اکنون امیدوارند که روزی دانشمندان بتوانند به طور فعال مدارهای ارتباطی سلول های انسانی را دستکاری کنند تا با استفاده از تراشه های زیستی خود، اثرات مختلفی ایجاد کنند. برای مثال، سانتورو با ایجاد رابطی بین اندام‌ها و مفاصل مصنوعی یا رفع نقص در پردازش و انتقال اطلاعاتی که در اختلالات عصبی مانند پارکینسون یا بیماری آلزایمر به وجود می‌آیند، به اندام هایی کمک می‌کند که دیگر به درستی کار نمی‌کنند.

علاوه بر این، تراشه ها ممکن است امکان توسعه برنامه های رایانه ای را فراهم کنند که هر جنبه ای از عملکرد مغز انسان را تکرار می کند. محققان در حال حاضر برنامه هایی برای استفاده از تراشه (مجموعه‌ای از مدارهای الکترونیکی که بر روی یک سطح صاف کوچک از جنس مواد نیمه‌رسانا (معمولا از جنس سیلیسیوم) قرار داده شده‌است) های زیستی جدید به عنوان سخت افزار برای شبکه های عصبی مصنوعی دارند.

برنامه‌های هوش مصنوعی در حال حاضر بر روی پردازنده‌های سنتی کار می‌کنند که قادر به تغییر ساختار خود نیستند. آنها فقط از نرم افزارهای پیچیده برای تقلید از مفهوم عملیات شبکه عصبی خودآموز استفاده می کنند. این نقص بسیار ناکارآمد را می‌توان با نورون‌های مصنوعی فعال شده با زیست تراشه برطرف کرد.

این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.