31 mei 2007
Science fiction komt naderbij ! Het toepassen van computerkundige kennis op biologische processen of organische wezens is lang het onderwerp van science fiction geweest, maar begint steeds meer ook echt 'science' te worden. Onderzoekers hebben een kleine doorbraak gemaakt juist op het vlak van 'biological computing'. Menselijke en dierlijke zenuwcellen hebben onder andere enorme mogelijkheden om de processorsnelheid van computers te verhogen. De zenuwcellen kunnen in 'real time' zeer indrukwekkende taken uitoefenen als het gaat om 'visual sensory input' en patroonherkenning. Als zenuwcellen in een conventioneel computer systeem zouden kunnen worden toegepast, kan de snelheid van dat systeem minimaal tienvoudig worden vergroot. 'Another benefit is the small size, three dimensional configuration, and parallel computing aspects that living neurons have', zo zegt een van de Israelische onderzoekers. Itay Baruchi en Eshel Ben-Jacob, van de School of Physics and Astronomy van de Tel-Aviv University, zijn verantwoordelijk voor deze doorbraak. Het wetenschappelijke tijdschrift Physical Review E heeft hun artikel ( Towards neuro-memory-chip: Imprinting multiple memories in cultured neural networks) gepubliceerd, dat enkele nieuwe mogelijkheden van het gebruik van zenuwcellen uitwerkt (lees het hier)
De onderzoekers die dit experiment uitvoerden dienden er absoluut zeker van te zijn dat levende zenuwcellen konden functioneren op een consistente en vooral voorspelbare manier. 'By using a small petri dish studded with an array of electrodes, we were able to track the firing patterns of neuron samples when invoked to fire a signal. And as many have found before, neurons that are grouped together will fire in a synchronized bursting event (SBE). When one nerve fires a signal, it would trigger those around it, sending that signal through the network of nerves. A very natural reaction for organic nerves, and a very predictable one for any given type of nervous system', zo zegt Baruchi. Ongelukkig genoeg, genereren zenuwcellen deze SBE-'schoten' niet zonder aansporing in een consistent patroon. De onderzoekers moesten onafhankelijke zenuwcellen 'trainen' om op een voorspelbare manier te handelen. De eerste stap was om te proberen een soort 'geheugen' in de zenuwcellen te scheppen door ze met kalk te behandelen. Kalk heeft de eigenschap zenuwen en zenuwcellen te stimuleren om SBE-schoten af te voeren. De tests met een kalkoplossing leek echter niet tot succesvolle resultaten te leiden, omdat de zenuwen weer in hun oorspronkelijke staat terugvielen nadat de kalkoplossing was verdwenen. 'We theorized that inhibitory neurons were blocking the learning process from their neighbor nerve cells. So, we introduced a chemical that inhibited the functions of the inhibitory nerve cell, allowing the other cells to learn. By repeating this step (introduction of the inhibitory chemical) every twenty seconds, we were successfully able to teach the cells several different SBE firing patterns. And by dosing different collections of cells, we created different SBE groups without affecting any of the other cell clusters', zo zegt Baruchi. Eenvoudig gezegd: zij waren nu in staat om verschillende herinneringen in een verzameling van cellen op te slaan. Een soort biologische processor dus. Volgens Baruchi 'represent the new firing patterns essentially simple memories stored in the neuron network'. Het lijkt niet echt veel, maar het is een eerste stap naar een biologische computer. 'We won't have living computers anytime soon as more elaborate functions must be taught to neurons and cells to even begin to perform the most basic of fencings'. Het lijkt gek, maar het grootste deel van het onderzoek is gebaseerd op het feit dat ook zenuwcellen in een groep natuurlijke connecties met elkaar maken. De zenuwcellen willen en kunnen leren (zij het op een uiterst basaal niveau), als ze worden getraind om dat te doen. In aanvulling op de productie van de eerste chemisch werkende 'neuro-memory chip', stellen de onderzoekers dat hun werk betekent dat chemische stimulatie waarschijnlijk cruciaal is voor het leren en het scheppen van herinneringen in levende organismen. Het onderzoek kan neurologen helpen begrijpen hoe de hersenen leren en hoe ze informatie opslaan. Dit laatste is de meest intrigerende ontdekking, hoewel ook een cyborg heel erg ver in de verte mogelijk gaat worden….
