Sinapsi artificiali sviluppate in Italia

Si chiama memristore organico il dispositivo elettronico sviluppato da polimeri attraverso cui è stata realizzata per la prima volta la connessione sinaptica tra neuroni tramite uno strumento artificiale, riuscendo a garantire funzionalità analoghe alle sinapsi naturali. La ricerca è stata condotta da Silvia Battistoni, Victor Erokhin , Tatiana Berzina e Salvatore Iannotta, dell’Istituto dei materiali per l’elettronica ed il magnetismo del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Imem) in collaborazione con Università di Kazan (Russia) e Institut de Neurobiologie de la Méditerranée Inmed (Francia). L’obiettivo del progetto è quello di realizzare reti neuronali artificiali con capacità di memorizzazione e apprendimento usando dispositivi elettronici in grado di emulare il comportamento sinaptico e quello di costruire una rete neuronale ibrida, in cui il ruolo della connessione sinaptica tra cellule neuronali sia rappresentato da dispositivi elettronici con proprietà memristive, di essere cioè in grado di trattenere una memoria della corrente passata all’interno.
 «La novità del nostro esperimento – spiegano a Metro il ricercatore Victor Erokhin e la ricercatrice Silvia Battistoni – è di aver messo in contatto due cellule neuronali attraverso un dispositivo di elettronica organica. Quindi non ci siamo limitati a mettere in contatto un neurone con una macchina, ma abbiamo messo in contatto due cellule neuronali attraverso una sistema che ha svolto la funzione di sinapsi. Il passaggio di informazioni tra le due cellule ha caratteristiche simili a quelle delle sinapsi naturali. La velocità di reazione del neurone bersaglio in risposta all’attivazione dell’altro neurone è compatibile con la velocità naturale, cioè compatibile con il sistema nervoso. Questi dispositivi hanno comportamenti simili a quelli delle sinapsi naturali in merito alla memorizzazione, alla propagazione  del potenziale e alla variazione della loro efficienza sinaptica, che sono comportamenti alla base del loro funzionamento: più la sinapsi è stimolata e più è in grado di funzionare meglio in futuro, e lo stesso avviene con il nostro dispositivo».
 L’esperimento potrà avere applicazioni pratiche rilevanti: «Non è una cosa che avremo pronta domani – spiegano i ricercatori – ma alcune cose di elettronica organica già sono presenti nella nostra quotidianità. Questo è qualcosa di più e ha bisogno dei suoi tempi, ma una volta che il meccanismo funziona possiamo dire di aver messo le basi e la prospettiva è molto buona». Per fare cosa? «La direzione generale della ricerca è superare le rotture delle sinapsi ripristinando la capacità di congiungere i neuroni. Questi risultati rappresentano una importante base di riferimento per la realizzazione di “protesi sinaptiche”, per il rispristino della funzionalità in caso di incidente, di malattie neurodegenerative, di disfunzioni delle sinapsi e per lo sviluppo di interfacce “brain-computer” di nuova generazione, nonché nel campo dell’Intelligenza Artificiale».
3 cose da sapere
1 A differenza di un computer che necessità di una CPU e della memoria, il cervello è in grado di processare e memorizzare le informazioni tramite un solo elemento: la sinapsi. Una sinapsi è una struttura biologica che connette due neuroni stabilendo tra essi un flusso di informazioni specifico e unidirezionale.
2 Le connessioni sinaptiche sono elementi chiave per funzioni neuronali essenziali come apprendimento e memorizzazione che si fondano su numero di ripetizioni (o prove) e raggiungimento di varie soglie di tensione.
3 Il memristore organico è un dispositivo  che gioca il ruolo di una sinapsi, consentendo la comunicazione tra le due cellule in modo pressoché analogo a quanto avviene in natura, essendo in grado di trattenere una memoria della corrente passata al suo interno, emulando i comportamenti di memorizzazione e apprendimento.
OSVALDO BALDACCI