Bath Üniversitesi liderliğinde; Bristol, Zürih ve Auckland Üniversitelerinden bilim insanlarından oluşan bir araştırma ekibi, aynı nöronlar gibi davranan yapay nöronlar icat etti. Silikon çip teknolojisi üzerinden geliştirilen yapay nöronlar sayesinde; kalp hastalığı,Alzheimer ve omurilik felci gibi sinirsel dejenerasyonları tedavi eden medikal cihazlar yapılabilir.
Yapay nöronların, biyolojik nöronlar gibi davranması için; bir mikroişlemcinin milyarda biri güç harcaması gerekiyor. Ayrıca bu sistemin medikal implantlar ve diğer biyo-elektronik cihazlarla uyumlu olması gerekiyor.
Sinir sisteminden gelen elektrik sinyallerine cevap verebilecek yapay nöronlar tasarlamak onlarca yıldır tıbbın temel amacını oluşturuyor. Bu sayede omurilik felci gibi durumlarda, düzgün çalışmayan ya da ölmüş nöronların yerine yapay nöronlar kullanan tedaviler geliştirilebilir. Ayrıca yapay nöronlar sayesinde , hastalıklı biyo ağları sağlıklı bir şekilde onarmak ve yeterli vücut fonksiyonunu yapacak hale getirmek mümkün olabilir.
Örneğin; kalp krizi gibi durumlarda beyin tabanında yer alan nöronlar , sinir sistemindeki gerialımlara düzgün cevap veremez ve kalbe doğru sinyaller yollayamaz. Bundan dolayı kalp olması gerektiği gibi kuvvetli pompalayamaz.
Her şeye rağmen, geliştirilen yapay nöronları kompleks biyoloji ve tahmin etmesi zor nöron tepkileri gibi büyük zorluklar bekliyor.
İşte araştırmacılar ; nöronların, diğer sinirlerden gelen elektriksel uyaranları nasıl tepki vereceğini açıklayan denklemler türetti ve modellemeler yaptı.Nöron tepkileri doğrusal(liner) olmadığından, iki kaç veya üç kat güçlü bir sinyal geldiğinde çok daha büyük bir reaksiyon vermemesi gerekiyor.
Sonrasında ise biyolojik iyon kanallarını doğrulukla, modelleyen silikon çipler tasarlandı. Böylece gerçek nöronların stimülasyon taklit edebilen yapay nöronlar geliştirildi.
Bu sayede araştırmacılar, kalpten aldığı nöron tepkilerine eş zamanlı olarak doğru cevap verebilecek akıllı kalp pilleri yapabilecek. Ayrıca Alzheimer hastalığı ve nörodejeneratif hastalıkların tedavisinde kullanılabilir.
Sadece 140 nanoWatt Harcıyor
Yeni geliştirilen yapay nöronlar sadece 140 nanoWatt kullanıyor yani geleneksel mikroçiplerin milyar biri kadar güç harcıyor. Böylece biyo elektronik implantların vücuda uyumunu sağlıyor.
Yapay nöron yaklaşımı bazı devrimsel yeniliklere sahip. Bu sayede nöronların davranışı hassas bir şekilde kontrol edilebiliyor. Nöronların donanımsal olarak fiziksel modelleri yaratılarak , gerçek yaşayan nöronların davranışları başarıyla taklit edilebiliyor. Farklı türde ve fonksiyondaki nöronlar, bu çok yönlü modele uydurulabiliyor.
Bu teknoloji sayesinde devre tasarımında büyük önem taşıyan nöromorfik çip tasarımının önü açılarak akıllı biyo-implantlar için yeni bir çağ başlayacak.
Kaynak: https://techxplore.com/news/2019-12-world-artificial-neurons-chronic-diseases.html
İleri okuma:
Optimal solid state neurons, Nature Communications (2019). DOI: 10.1038/s41467-019-13177-3 , https://www.nature.com/articles/s41467-019-13177-3
Dergi bilgisi :Nature Communications
