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“Memristive synapses connect brain and silicon spiking neurons”

“Memristive synapses connect brain and silicon spiking neurons”


IL "CERVELLO IBRIDO" COLLEGATO VIA INTERNET. CREATA PER LA PRIMA VOLTA UNA RETE IBRIDA NEURONALE ARTIFICIALE TRAMITE CONNESSIONI ISPIRATE ALLE SINAPSI!


Pubblicata su «Nature Scientific Reports» la ricerca dal titolo “Memristive synapses connect brain and silicon spiking neurons” in cui il team internazionale di ricercatori, coordinato da Stefano Vassanelli del Dipartimento di Scienze Biomediche dell’Università di Padova, spiega come sia possibile creare in vitro una rete ibrida elementare di tre neuroni, uno biologico e due artificiali, collegati in una rete tramite connessioni memristive ispirate alle sinapsi.

La ricerca è il primo step del Progetto SYNCH, coordinato da Stefano Vassanelli, che intende realizzare una connessione tra una rete di neuroni artificiali e una rete di neuroni cerebrali tramite elementi di dimensioni nanometriche, i memristori, che emulano le sinapsi. Nel cervello le sinapsi connettono i neuroni tra loro formando le reti neuronali cerebrali dove svolgono il duplice compito di trasmettere gli impulsi nervosi tra neuroni e di elaborarli.

Realizzando una comunicazione ispirata alle sinapsi tra neuroni artificiali e cerebrali, l’obiettivo del progetto SYNCH è dimostrare che reti neuronali artificiali possono essere utilizzate in vivo come neuroprotesi capaci di sostituire reti neuronali cerebrali danneggiate o assisterle nel recupero funzionale. La visione di fondo è che questa nuova tecnologia possa trovare in futuro applicazione nel trattamento di patologie neurologiche come il Parkinson, l’ictus, o le lesioni spinali.

«In un modello in vitro, abbiamo dimostrato come neuroni artificiali su chip e neuroni cerebrali possono essere connessi tramite memristori che emulano una proprietà fondamentale delle sinapsi: la plasticità. Abbiamo creato per la prima volta – dice Stefano Vassanelli – una rete ibrida elementare dove tre neuroni, uno biologico e due artificiali, sono stati collegati in una rete tramite connessioni memristive ispirate alle sinapsi. Altro aspetto da sottolineare è che i neuroni sono stati messi in comunicazione via internet: i neuroni cerebrali situati a Padova, i neuroni artificiali a Zurigo e i memristori a Southampton. È una sorta di cervello elementare distribuito in diverse Nazioni, questa soluzione – conclude Vassanelli – rappresenta un’innovativa modalità di collaborazione e di sperimentazione tra gruppi europei e di discipline molto diverse come le neuroscienze, le scienze computazionali e la micro e nanoelettronica».

Il progetto SYNCH è finanziato dalla Commissione Europea tramite il programma Future and Emerging Technologies (FET), ora European Innovation Council. Il Consorzio di SYNCH è Coordinato da S. Vassanelli dell’Universita’ di Padova che si occupa, oltre che della coordinazione del progetto, della validazione della tecnologia in modello animale assieme all’Università Bar-Ilan di Tel Aviv (Israele). L’Università di Southampton e la ditta ARC Innovation (UK) sono responsabili dello sviluppo dei memristori e dei loro sistemi di controllo, mentre l’Università di Dresda si occupa dello sviluppo dei componenti microelettronici e protocolli necessari per l’integrazione della rete neuronale ibrida. La ditta aiCTX di Zurigo sviluppa e gestisce la rete di neuroni artificiali su chip mentre l’Università di Graz studia nuovi modelli per l’utilizzo della rete artificiale per il riconoscimento dell’attività patologica della rete neuronale cerebrale e il suo controllo in tempo reale. La ditta Enginsoft (Italia), infine, sviluppa modelli di simulazione della risposta del tessuto cerebrale alla stimolazione tramite la neuroprotesi.

Titolo: “Memristive synapses connect brain and silicon spiking neurons” – «Nature Scientific Reports» 2020

Link alla ricerca: https://www.nature.com/articles/s41598-020-58831-9

Autori: Autori: Alexantrou Serb, Andrea Corna, Richard George, Ali Khiat, Federico Rocchi, Marco Reato, Marta Maschietto, Christian Mayr, Giacomo Indiveri, Stefano Vassanelli & Themistoklis Prodromakis

Approfondimenti su Progetto SYNCH: https://synch.eucoord2020.com/

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