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Les puces de silicium comme neurones artificiels

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Des chercheurs de l'Université de Bath, au Royaume-Uni, ont mis au point des puces de silicium de faible puissance qui imitent l'activité électrique des neurones.

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Cette percée pourrait permettre aux petites puces de fonctionner comme des neurones artificiels dans de nombreux implants et dispositifs médicaux, et la technologie a un potentiel important dans le traitement d'un large éventail de maladies chroniques, notamment les maladies neurodégénératives et l'insuffisance cardiaque.

Les chercheurs tentent depuis longtemps de développer des neurones artificiels. Une telle technologie serait extrêmement utile dans une grande variété de maladies et d'affections. Par exemple, les neurones artificiels pourraient être utilisés pour remplacer les neurones endommagés, comme ceux qui ont subi des lésions de la moelle épinière, ou les neurones dysfonctionnels, comme ceux du cerveau qui n'envoient pas les bons signaux au cœur en cas d'insuffisance cardiaque.

Cependant, les systèmes biologiques sont extrêmement complexes et souvent imprévisibles, et ne se traduisent pas facilement en matériel au silicium. Les neurones reçoivent des signaux électriques d'autres neurones, mais n'y répondent pas toujours de façon prévisible. Cependant, ces chercheurs britanniques ont utilisé des données d'enregistrement électrophysiologique à grande échelle pour comprendre l'activité des neurones afin qu'ils puissent modéliser avec succès leur comportement sur une puce de silicium.

"Jusqu'à présent, les neurones étaient comme des boîtes noires, mais nous avons réussi à ouvrir la boîte noire et à regarder à l'intérieur ", a déclaré le professeur Alain Nogaret, un chercheur impliqué dans l'étude. "Notre travail change de paradigme parce qu'il fournit une méthode robuste pour reproduire les propriétés électriques des neurones réels dans les moindres détails."

Les chercheurs ont montré que leurs "neurones" de silicium imitent avec précision l'activité des neurones biologiques en réponse à une gamme de stimulations. Incroyablement, les neurones de silicium peuvent imiter l'activité des canaux ioniques individuels sur les neurones, et jusqu'à présent, l'équipe de recherche a créé des imitations en silicium des neurones respiratoires et hippocampe.

Les nouvelles puces nécessitent également de très faibles niveaux de puissance pour fonctionner. "Nos neurones n'ont besoin que de 140 nanowatts d'énergie. C'est un milliardième de la puissance requise d'un microprocesseur, que d'autres tentatives de fabrication de neurones synthétiques ont utilisé ", explique Nogaret. "Les neurones sont donc bien adaptés aux implants bioélectroniques pour traiter les maladies chroniques."

Les puces ont un large éventail d'applications potentielles. "Nous mettons au point des stimulateurs cardiaques intelligents qui non seulement stimuleront le cœur à pomper à un rythme régulier, mais qui utiliseront ces neurones pour répondre en temps réel aux exigences imposées au cœur - ce qui se produit naturellement dans un cœur sain ", a déclaré M. Nogaret. "D'autres applications possibles pourraient être dans le traitement de maladies comme la maladie d'Alzheimer et les maladies dégénératives neuronales en général."