25 Fév, 2022

Les attrape-mouches de Vénus font la danse des neurones

Biotechnologie, Electronique, Médical, NTIC, Technologie

Des applications médicales possibles puisque des neurones artificiels sont utilisés pour contrôler le mouvement des plantes carnivores.

Une équipe de chercheurs suédois a utilisé avec succès un neurone artificiel imprimé pour contrôler le mouvement d’une usine de pièges à mouches de Vénus, prévoyant qu’il pourrait aider au développement de dispositifs médicaux futuristes et d’interfaces cerveau-machine.

Les circuits et dispositifs existants à base de silicium, tels que ceux utilisés dans les ordinateurs actuels, sont difficiles à intégrer aux systèmes biologiques en raison de leur complexité, de leur faible biocompatibilité et de leur faible efficacité énergétique.

En revanche, le neurone artificiel est basé sur des transistors électrochimiques organiques, qui ressemblent davantage aux systèmes de signalisation électrique trouvés en biologie.

« Le cerveau humain est l’un des ordinateurs les plus avancés jamais conçus », déclare Simone Fabiano, professeur agrégé à l’Université de Linköping en Suède et auteur principal de l’étude.

« Il dispose d’une énorme quantité de mémoire et est excellent pour traiter les informations et prendre des décisions tout en consommant très peu d’énergie. Au contraire, les supercalculateurs artificiels sont volumineux et consomment beaucoup d’énergie ».

L’équipe a relevé le défi de créer un neurone artificiel qui se rapproche de l’élégance et de l’efficacité de la nature.

Les neurones ordinaires, ou cellules nerveuses, fonctionnent à l’aide de courants électriques, qui sont liés à un contrôle strict de certaines molécules chargées (ions) à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule. Le neurone artificiel utilise un transistor électrochimique organique qui est contrôlé par des pointes de concentration d’ions, similaires aux neurones biologiques.

Comparé à un neurone artificiel à base de silicium, explique Simone Fabiano, le nouveau mécanisme est plus facile et moins coûteux à produire. Il peut également fonctionner à une tension plus faible, économisant ainsi de l’énergie, et peut s’interfacer directement avec les neurones biologiques.

Ensuite, les chercheurs ont travaillé sur l’intégration du neurone artificiel avec les cellules des attrape-mouches de Vénus. Ces plantes carnivores se referment pour piéger leurs proies lorsque les poils sensibles à la surface de la plante sont stimulés deux fois en peu de temps (environ 30 secondes), ce qui entraîne la libération d’ions dans les cellules et une réponse de mouvement.

Les chercheurs ont imité ce mécanisme biologique en stimulant le neurone artificiel avec un courant électrique d’entrée élevé, en créant une « fréquence de déclenchement » élevée et en déclenchant la fermeture de la plante. Lorsqu’il est stimulé avec un faible courant d’entrée, la fréquence d’allumage n’atteint pas le seuil et l’installation reste ouverte.

Le neurone artificiel a des applications potentielles allant des dispositifs médicaux implantables aux prothèses, aux interfaces cerveau-machine et à la robotique douce intelligente.

« La capacité de relier un dispositif artificiel à un système biologique est cruciale pour le succès de ces domaines », écrivent les auteurs dans l’étude.

« Les neurones, avec les synapses, sont les éléments constitutifs de notre cerveau », explique Fabiano. « Pouvoir imiter le fonctionnement des neurones biologiques avec des appareils électroniques pourrait permettre le développement de technologies d’intelligence artificielle. »

« Il faudra de nombreuses années de recherche pour atteindre l’efficacité de notre cerveau, mais je pense que nous sommes sur la bonne voie pour démontrer des réseaux de neurones artificiels imprimés à petite échelle », ajoute-t-elle.

L’équipe espère poursuivre ses travaux sur la communication entre les neurones artificiels et biologiques, explique Simone Fabiano.