Universidade de Utrecht
Representação gráfica da nova sinapse
Pela primeira vez, investigadores simularam sinapses usando os mesmos ingredientes de água e sal que o cérebro usa, contribuindo para um campo emergente que combina a biologia com a eletrónica, chamado iontrónica.
Uma equipa de investigadores da Universidade de Utrecht, nos Países Baixos, e da Universidade de Sogang, na Coreia do Sul, criou uma célula cerebral funcional com base numa mistura de água e sal.
A equipa diz ter-se inspirado no funcionamento do cérebro humano, que também usa partículas carregadas, chamadas iões, dissolvidas em água, para transmitir sinais nos neurónios.
O estudo foi apresentado num artigo publicado a semana passada na revista científica PNAS.
Uma caraterística importante da capacidade do cérebro para processar informação é a chamada plasticidade sináptica, que permite que os neurónios ajustem a força das ligações entre eles em resposta ao historial de entrada.
Com o ainda pouco familiar nome de “memrístor iontrónico” (que segue a nomenclatura do “transístor eletrónico”), o dispositivo “recorda” a quantidade de carga eléctrica que anteriormente passou por ele, o que nos aproxima da criação de sistemas artificiais capazes de imitar os superpoderes do cérebro humano.
“Representa um avanço crucial na direção de computadores capazes não só de imitar os padrões de comunicação do cérebro humano, mas também de utilizar o mesmo meio”, afirma o físico teórico Tim Kamsma, investigador da Universidade de Utrecht e primeiro autor do estudo.
Com a forma de um cone com uma solução de água e sal no interior, o memristor iontrónico mede apenas 150 por 200 micrómetros – a largura de cerca de três ou quatro cabelos humanos lado a lado.
Os impulsos eléctricos fazem com que os iões se movam através do canal em forma de cone, com variações na carga eléctrica que levam a variações no movimento dos iões, explica o Science Alert.
A mudança na forma como a sinapse conduz a eletricidade pode ser medida e descodificada para compreender qual foi o sinal de entrada, representando uma espécie de memória.
O dispositivo, e a iontrónica em geral, estão ainda numa fase muito inicial. No entanto, a forma como o comprimento do canal afeta a duração da retenção da memória do memristor sugere desde já que os canais podem ser adaptados a tarefas específicas, tal como acontece no cérebro, abrindo caminho a uma série de aplicações futuras.
“Embora já existam sinapses artificiais capazes de processar informações complexas com base em materiais sólidos, mostramos agora, pela primeira vez, que esta proeza também pode ser conseguida utilizando água e sal“, afirma Kamsma. “Estamos a replicar eficazmente o comportamento neuronal utilizando um sistema que emprega o mesmo meio que o cérebro“.
A esperança é que, seguindo tão fielmente o modelo fornecido pelo cérebro, em vez de nos basearmos em processos e componentes elétricos tradicionais, possamos aproximar-nos da capacidade e da eficiência do cérebro com os nossos próprios computadores.
Para os investigadores, este é também um exemplo poderoso de como a física teórica e experimental pode ser combinada para abrir novos caminhos científicos – e que deu à equipa um momento de “uau” quando a sinapse artificial foi criada.
Pensei “uau!”, diz Kamsma. “É incrivelmente gratificante testemunhar a transição de uma conjetura teórica para resultados tangíveis no mundo real, resultando finalmente nestes belos resultados experimentais”.
