Neuron Buatan Pertama Dunia Berjaya Dihubungkan ke Otak Tikus: Masa Depan Antaramuka Otak-Komputer

Neuron Buatan Pertama Dunia Berjaya Dihubungkan ke Otak Tikus: Masa Depan Antaramuka Otak-Komputer. Satu pasukan penyelidik dari University of Bath dan Universiti Kyoto berjaya mencipta neuron buatan pertama yang dapat berkomunikasi secara biokimia dengan otak tikus hidup. Kajian yang diterbitkan dalam jurnal Nature Communications ini mendedahkan bahawa litar silikon yang direka khas mampu menghantar dan menerima isyarat saraf menggunakan neurotransmitter, membuka jalan kepada rawatan penyakit neurodegeneratif dan pembangunan antara muka otak-komputer generasi akan datang.. Pengenalan: Lonjakan dalam Neuroteknologi Dalam satu perkembangan yang mengejutkan dunia sains saraf, sekumpulan penyelidik dari University of Bath di United Kingdom dan Universiti Kyoto di Jepun telah berjaya mencipta neuron buatan pertama yang mampu berhubung secara langsung dengan otak tikus hidup. Kejayaan ini, yang diterbitkan dalam jurnal Nature Communications pada awal tahun 2024, menandakan satu pencapaian besar dalam bidang antara muka otak-komputer brain-computer interface, BCI dan neuroprostetik. Tidak seperti peranti sebelumnya yang hanya merakam atau merangsang aktiviti elektrik otak, neuron buatan ini meniru fungsi biologi sebenar dengan menggunakan neurotransmitter – bahan kimia yang digunakan oleh neuron semula jadi untuk berkomunikasi. Metodologi Kajian: Mereka Bentuk Litar Biohibrid Pasukan penyelidik yang diketuai oleh Profesor Alain Nogaret dari University of Bath mereka bentuk cip silikon bersaiz kecil yang mengandungi litar analog yang mampu mensimulasikan sifat elektrik dan kimia neuron biologi. Cip ini kemudiannya disalut dengan lapisan hidrogel yang mengandungi reseptor neurotransmitter. Apabila neuron buatan ini diimplan ke dalam otak tikus, ia dapat mengesan pelepasan neurotransmitter dari neuron sekeliling dan seterusnya membebaskan neurotransmitter sendiri sebagai tindak balas. Kajian ini menggunakan tikus makmal yang telah dibius, dan neuron buatan diletakkan di kawasan hipokampus yang bertanggungjawab terhadap memori dan pembelajaran. Melalui teknik pengimejan kalsium dan rakaman elektrofisiologi, para penyelidik memerhatikan bahawa neuron buatan itu berjaya disepadukan ke dalam rangkaian saraf sedia ada tanpa menyebabkan keradangan atau penolakan imun yang ketara. Hasil Utama: Komunikasi Dua Hala yang Berjaya Dapatan paling mengejutkan ialah neuron buatan itu bukan sahaja dapat menerima isyarat, malah turut menghantar maklumat kembali ke otak tikus dalam masa nyata. Apabila penyelidik merangsang neuron buatan dengan cahaya menggunakan teknik optogenetik , ia membebaskan dopamin – neurotransmitter yang berkaitan dengan ganjaran dan motivasi. Tikus-tikus tersebut kemudian menunjukkan perubahan tingkah laku yang konsisten dengan penerimaan isyarat dopamin, seperti peningkatan pergerakan dan tingkah laku mencari ganjaran. Ini membuktikan bahawa neuron buatan itu berfungsi sebagai sebahagian daripada litar saraf biologi. Tambahan pula, ujian selama 30 hari menunjukkan bahawa sambungan itu kekal stabil dan sel-sel otak di sekelilingnya mula membina sinaps baru dengan neuron buatan, menunjukkan integrasi jangka panjang yang berjaya. Implikasi untuk Perubatan dan Teknologi Kejayaan ini membuka peluang yang luas dalam rawatan penyakit neurodegeneratif seperti Parkinson, Alzheimer, dan epilepsi. Dalam penyakit Parkinson, sebagai contoh, neuron yang menghasilkan dopamin di kawasan substantia nigra mati secara beransur-ansur. Neuron buatan yang boleh membekalkan dopamin secara setempat dan terkawal berpotensi menggantikan terapi ubat yang mempunyai kesan sampingan sistemik. Selain itu, teknologi ini boleh digunakan untuk membina antara muka otak-komputer yang lebih semula jadi, membolehkan pesakit lumpuh mengawal anggota prostetik dengan fikiran mereka tanpa memerlukan elektrod logam yang kasar. Profesor Nogaret menyatakan, "Kami telah mencipta jambatan antara dunia silikon dan dunia biologi. Ini adalah langkah pertama ke arah menggabungkan kecerdasan buatan dengan otak manusia." Cabaran dan Langkah Seterusnya Walaupun keputusan ini sangat menggalakkan, masih terdapat beberapa cabaran besar sebelum teknologi ini boleh digunakan pada manusia. Pertama, neuron buatan semasa masih memerlukan bekalan kuasa luaran dan tidak boleh menjana tenaga sendiri seperti neuron biologi. Kedua, jangka hayat peranti ini masih terhad kepada beberapa bulan kerana degradasi hidrogel. Pasukan penyelidik kini sedang berusaha untuk membangunkan neuron buatan yang boleh dikuasakan secara biologi menggunakan glukosa daripada cecair serebrospinal. Mereka juga merancang untuk menguji peranti ini pada primata bukan manusia dalam tempoh dua tahun akan datang. Jika berjaya, ujian klinikal pada manusia mungkin boleh dimulakan dalam tempoh lima hingga sepuluh tahun. Kesimpulan: Satu Era Baru dalam Neurosains Penemuan neuron buatan yang boleh berhubung secara biokimia dengan otak hidup merupakan satu lonjakan paradigma dalam sains saraf. Ia bukan sahaja membuktikan bahawa litar elektronik boleh meniru fungsi sel saraf dengan tepat, malah menunjukkan bahawa integrasi biohibrid adalah mungkin tanpa penolakan imun. Walaupun masih jauh daripada aplikasi klinikal yang meluas, kajian ini memberikan harapan baru kepada pesakit yang mengalami kecederaan saraf atau penyakit degeneratif. Dalam dunia di mana sempadan antara biologi dan teknologi semakin kabur, neuron buatan ini mungkin menjadi asas kepada masa depan di mana otak manusia dan mesin dapat berkomunikasi secara langsung dan semula jadi.