Forscher verbinden künstliche Neuronen mit den natürlichen Nervenzellen von Pflanzen

Die Natur wird von vielen WissenschaftlerInnen als Vorbild für ihre Forschungsprojekte genommen. Wenn es aber darum geht, die künstlichen Produkte mit ihren tatsächlichen Vorbildern kommunizieren zu lassen, so ist dies oft mit Schwierigkeiten verbunden. ForscherInnen der Universität Linköping gelang es nun, künstliche, organische Neuronen und Synapsen herzustellen, die in natürliche biologische Systeme integriert werden können. Demonstriert haben die Forscher dies, indem sie eine Venus Fliegenfalle dazu brachten, sich auf Kommando zu schließen.

Künstliche Neuronen kommunizieren mit echten

Die neuen künstlichen Neuronen bauen auf eine frühere Version des gleichen Teams auf. Bei der ersten Version handelte es sich um elektrochemische Kreisläufe, die auf eine dünne Plastikschicht aufgebracht wurden. Diese Schaltkreise bestehen aus Polymeren und können sowohl positive als auch negative Ionen leiten, sodass sie die Basis von Transistoren bilden können. In der neuen Studie haben die ForscherInnen diese Transistoren optimiert und diese genutzt, um künstliche Neuronen und Synapsen zu konstruieren, die sie mit biologischen Systemen verbinden konnten.

Wenn die Transistoren hohe Konzentrationen von Ionen mit bestimmten Ladungen detektieren, produzieren sie ein Signal, das von anderen Neuronen aufgenommen werden kann. Biologische Neuronen arbeiten mit den gleichen Ionen als Signale, sodass die künstlichen und biologischen Nervenzellen miteinander kommunizieren können.

„We’ve developed ion-based neurons, similar to our own, that can be connected to biological systems. Organic semiconductors have numerous advantages – they’re biocompatible, biodegradable, soft and formable. They only require low voltage to operate, which is completely harmless to both plants and vertebrates„, so Chi-Yuan Yang, einer der Autoren der Studie.

Verbesserung für künstliche Gliedmaßen

Um das neue System zu demonstrieren, haben die ForscherInnen ihre künstlichen Neuronen mit einer Venus Fliegenfalle verbunden. Mittels elektrischen Impulsen von den künstlichen Neuronen gelang es dann, die Pflanze dazu zu bringen, sich zu schließen. Die Impulse blieben unter 0,6 Volts, sodass die Pflanze nicht beschädigt wurde.

Die Neuronen zeigen eine neue Form künstliches Gedächtnis, die als Hebbsches Lernen bezeichnet wird. Dabei führt eine wiederholte Aktivierung bestimmter Synapsen dazu, dass die Neuronen auf beiden Seiten gestärkt werden, sodass das Signal mit der Zeit effektiver wird.

Die ForscherInnen wählten die Venus Fliegenfalle für die Demonstration ihres Systems, da diese eine klare und deutliche Reaktion auf die Impulse zeigt. Letztendlich könnten die künstlichen Neuronen aber auch mit denen von Tieren oder gar Menschen verbunden werden. Auf lange Sicht könnten sie daher genutzt werden, um die Responsivität künstlicher Gliedmaßen zu verbessern oder in der Robotik eingesetzt werden.

via Linköping University