Kunstmatige hersencellen in zicht

Franse wetenschappers is het gelukt uitlopers van hersencellen, de ‘synapsen’, na te bootsen in het nanolab. Dat publiceerden ze in het wetenschappelijke tijdschrift Advanced Material Science. De kunstsynaps is een slimme transistor die een elektrische puls chemisch kan doorgeven door middel van nanodeeltjes. Daarbij houdt hij zelfs rekening met eerdere pulsen, net als een natuurlijke synaps. Chips op basis van kunstsynapsen zouden in de toekomst met levend weefsel kunnen communiceren.

Als je een teen stoot wil een teen-zenuwcel even een berichtje sturen aan de zenuwcellen in je brein. Zenuwcellen gebruiken daarvoor een chemische stof (neurotransmitter) om een boodschap door te geven aan de volgende cel. Die zet het signaal om in een elektrische puls, die naar de andere kant van de cel flitst. Zodra dit een uitloper bereikt wordt het signaal weer met een neurotransmitter doorgegeven, enzovoort.

Voor de kunstmatige synapsen gebruikten de Franse wetenschappers transistoren, met gouden nanobolletjes met een laagje pentaceen in plaats van neutrotransmitters. Bij een elektrische puls laat het pentaceen elektronen los, wat de volgende kunstsynaps meet als een stroomstootje. Die geeft dan zelf weer een puls door.

Als een natuurlijke synaps vaak een elektrisch signaal ontvangt, heeft dat invloed op hoeveel chemische stof hij gebruikt om de boodschap weer door te geven aan de volgende cel. Sommige cellen sturen steeds meer neurotransmitter door en maken het signaal sterker. Dat merk je bijvoorbeeld als iemand zijn camera in je gezicht flitst: die witte vlek in je gezichtsveld is een overgeprikkelde zenuwcel. Er zijn ook cellen die steeds minder signaal doorgeven. Hoeveel pulsen een cel kort achter elkaar heeft doorgegeven, heeft dus direct invloed op hoe sterk het signaal wordt.

Dit kunnen de nieuwe kunstsynapsen –in tegenstelling tot hun puur binaire voorgangers- ook. Als er een tijdje niks gebeurt, vult het pentaceen zich met elektronen. Bij één puls gebruikt de synaps een deel van zijn voorraad en bij elke volgende puls wordt die steeds minder; het signaal wordt lager. Ze communiceren net als echte synapsen.

Omdat de kunstsynapsen nu dezelfde ‘taal’ spreken als hun biologische broeders, komt computer-brein communicatie weer een stapje dichterbij. Maar we zijn er nog niet: echte hersencellen communiceren niet alleen 1 op 1, maar ook met meerdere cellen tegelijk en ook nog drie dimensionaal.

Door, Bo Blanckenburg.