Engenheiros da Universidade de Massachusetts, Amherst (UMass Amherst) criaram um neurónio artificial diferente de tudo o que já tinha sido demonstrado até agora.
Um neurónio artificial da UMass Amherst que “sussurra” a um neurónio biológico
Em testes laboratoriais, o modelo recém-desenvolvido conseguiu comunicar diretamente com um neurónio biológico de forma surpreendentemente realista e “silenciosa”. O fluxo de informação eléctrica de “célula” para “célula” ocorreu com valores de voltagem e consumo de energia muito próximos daqueles que existem na comunicação natural entre neurónios.
Segundo os investigadores da UMass Amherst, este avanço representa uma estreia no campo e ajuda a encurtar a distância entre o funcionamento do cérebro e os sistemas computacionais.
Porque é que isto é um salto em frente na imitação do cérebro
Há anos que cientistas vêm a desenvolver células cerebrais sintéticas e a ligá-las em máquinas cada vez mais complexas. Ainda assim, as suas capacidades e simplicidade costumam ficar muito aquém do que acontece no nosso sistema nervoso. Esta nova abordagem, porém, aproxima-se mais do que nunca de reproduzir o comportamento de um neurónio real.
O engenheiro Jun Yao explica que as versões anteriores de neurónios artificiais exigiam 10 vezes mais voltagem e 100 vezes mais potência do que a que a equipa agora apresentou.
Numa comparação simples, seria como se um neurónio artificial estivesse a “gritar” para um neurónio humano comum: além de gastar muita energia, um sinal demasiado intenso pode saturar o receptor e fazê-lo perder o essencial da mensagem. O que Yao e os seus colegas conseguiram, na prática, foi um neurónio artificial capaz de “sussurrar” para os nossos próprios neurónios.
De acordo com Yao, o novo dispositivo trabalha com apenas 0,1 volts, um valor semelhante ao que ocorre nos neurónios do corpo humano.
Nanofios de proteína cultivados por bactérias e integração neuromórfica
Já houve outras demonstrações de comunicação entre neurónios artificiais e células cerebrais reais, mas por vias menos naturais - por exemplo, recorrendo à luz. Neste caso, o avanço assenta numa via mais convencional, baseada em sinais eléctricos.
O elemento decisivo foi a utilização de nanofios de proteína produzidos por bactérias. Por terem origem natural, estas estruturas conseguem manter-se funcionais em ambientes húmidos - uma condição essencial para interagir com tecidos vivos, tal como acontece com neurónios reais.
Para a equipa, estes modelos aumentam “o potencial” para a integração neuromórfica.
Sensores vestíveis, amplificação e eficiência energética
Jun Yao sublinha que hoje existem muitos sistemas de detecção electrónica vestíveis, mas que, em comparação, são volumosos e pouco eficientes.
Sempre que esses dispositivos captam um sinal do corpo, tendem a ter de amplificá-lo electricamente para que um computador o consiga analisar. Esse passo intermédio de amplificação aumenta o consumo energético e complica o circuito. Já sensores baseados nestes neurónios de baixa voltagem poderiam, em princípio, funcionar sem qualquer amplificação, simplificando o desenho e reduzindo significativamente a energia necessária.
O que poderá mudar a seguir
Se esta abordagem se confirmar robusta fora do laboratório, poderá abrir portas a interfaces bioelectrónicas mais discretas e eficientes - por exemplo, em sistemas de monitorização fisiológica contínua, próteses com controlo mais fino ou plataformas de comunicação directa com tecido nervoso, onde o consumo de energia e a compatibilidade com o meio biológico são determinantes.
Ao mesmo tempo, será crucial avaliar a durabilidade destes componentes em condições reais, a estabilidade do sinal ao longo do tempo e questões de segurança e privacidade associadas a tecnologias que captam e interpretam sinais do corpo com cada vez maior proximidade ao sistema nervoso.
O estudo foi publicado na Nature Communications.
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