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24 Fév, 2022

Des neurones artificiels se connectent à des neurones biologiques pour contrôler des plantes vivantes

Des neurones artificiels se connectent à des neurones biologiques pour contrôler des plantes vivantes

Les chercheurs de la nouvelle étude, Chi-Yuan Yang et Padinhare Cholakkal Harikesh, avec un dessin schématique des neurones naturels et artificiels en interaction.

La nature est une source d’inspiration inépuisable pour les scientifiques, mais nos dispositifs artificiels ne communiquent généralement pas bien avec la réalité. Aujourd’hui, des chercheurs de l’université de Linköping ont créé des neurones et des synapses organiques artificiels qui peuvent s’intégrer aux systèmes biologiques naturels. Ils en ont fait la démonstration en faisant se refermer un attrape-mouche de Vénus sur demande.

Les nouveaux neurones artificiels s’appuient sur les versions précédentes de l’équipe, qui étaient des circuits électrochimiques organiques imprimés sur un film plastique mince. Comme ils sont constitués de polymères qui peuvent conduire des ions positifs ou négatifs, ces circuits constituent la base des transistors. Dans la nouvelle étude, l’équipe a optimisé ces transistors et les a utilisés pour construire des neurones et des synapses artificiels, et les connecter à des systèmes biologiques.

Lorsque les transistors détectent des concentrations d’ions ayant certaines charges, ils commutent, produisant un signal qui peut ensuite être capté par d’autres neurones. Il est important de noter que les neurones biologiques fonctionnent sur ces mêmes signaux ioniques, ce qui signifie que les cellules nerveuses artificielles et naturelles peuvent être connectées.

« Nous avons mis au point des neurones à base d’ions, similaires aux nôtres, qui peuvent être connectés à des systèmes biologiques », a déclaré Chi-Yuan Yang, un des auteurs de l’étude. « Les semi-conducteurs organiques présentent de nombreux avantages – ils sont biocompatibles, biodégradables, souples et formables. Ils ne nécessitent qu’une faible tension pour fonctionner, ce qui est totalement inoffensif pour les plantes et les vertébrés. »

Une feuille de transistors imprimés sur un film plastique, qui constitue la base des nouveaux neurones artificiels.

Pour démontrer le nouveau système, les chercheurs ont branché leurs neurones artificiels à un attrape-mouche de Vénus vivant. Et comme de juste, les impulsions électriques des neurones artificiels étaient suffisamment fortes pour inciter la mouche à fermer ses mâchoires, mais à moins de 0,6 volt, ce qui est suffisamment doux pour ne pas nuire à la plante.

Fait intriguant, l’équipe indique que les neurones font preuve d’une forme de mémoire connue sous le nom d’apprentissage Hebbian, où l’activation répétée de synapses particulières renforce les neurones de part et d’autre, rendant le signal plus efficace au fil du temps.

L’équipe explique que le piège à mouches de Vénus a été choisi pour la démonstration en raison de la clarté de sa réaction, mais, à terme, les neurones artificiels pourraient être intégrés à des neurones animaux et même humains. Ils pourraient ainsi combler le fossé qui sépare les neurones artificiels des neurones naturels, afin de rendre les prothèses, les implants et la robotique plus réactifs.

D’autres recherches récentes ont permis de fabriquer des synapses artificielles qui communiquent avec des systèmes électroniques synthétiques en utilisant des neurotransmetteurs chimiques comme la dopamine.

https://www.nature.com/articles/s41467-022-28483-6

https://liu.se/en/news-item/de-bygger-artificiella-nervceller