Sztuczna inteligencja i grafen pozwalają zajrzeć do wnętrza mózgu

Powstał cienki, przezroczysty, elastyczny implant, który umieszczony na powierzchni mózgu odczytuje informacje o pracy komórek w głębszych warstwach. Kluczem było wykorzystanie grafenu i sztucznej inteligencji.

.Naukowcy z University of California, San Diego (USA) opisali właśnie duży krok w kierunku implantów łączących mózg z komputerem, umożliwiających prowadzenie minimalnie inwazyjnych badań aktywności neuronalnej w mózgu. Stworzyli cienki, przezroczysty i giętki implant, który po umieszczeniu na powierzchni mózgu pozwala podglądać działanie komórek mieszczących się głębiej.

Takie narzędzie może znacząco przyspieszyć rozwój medycyny i neurobiologii. Dzięki wszczepowi można będzie np. badać, jak ukrwienie mózgu wpływa na jego aktywność elektryczną, czy jak pewne komórki tworzą ślady pamięciowe.

Implant pozwala badać aktywność w głębszych warstwach mózgu

.„Z pomocą tej technologii rozszerzamy zakres, w którym można rejestrować działanie neuronów. Choć nasz implant umieszcza się na powierzchni mózgu, jego możliwości wykraczają poza rejestrowanie bezpośrednich fizycznych oddziaływań i może on zbierać informacje o neuronalnej aktywności w głębszych warstwach” – mówi prof. Duygu Kuzum, autor publikacji, która ukazała się w piśmie „Nature Nanotechnology”.

Dotąd możliwe było albo obserwowanie neuronów na powierzchni z pomocą minimalnie inwazyjnych implantów, albo badanie głębszych warstw mózgu z pomocą wprowadzanych od niego igieł.

Badania na myszach potwierdziły, że implant może działać na dwa sposoby. Po pierwsze za pomocą umieszczonych w nim elektrod mierzył aktywność elektryczną neuronów na powierzchni mózgu. W tym samym czasie badacze przez przezroczysty wszczep oświetlali laserem głębsze warstwy, co pozwoliło zaobserwować aktywność jonów wapnia w obecnych tam komórkach. Ruch tych jonów może wiele powiedzieć o działaniu komórek nerwowych.

Informacje uzyskane z różnych warstw badacze wprowadzili następnie do systemu sztucznej inteligencji, który nauczył się dokładnie przewidywać aktywność komórek w głębszych warstwach, na podstawie danych o samej aktywności warstwy powierzchniowej. Dzięki temu można więc już badać tylko warstwę powierzchniową, aby uzyskać wiedzę o tym, co dzieje się także głębiej.

Grafen i sztuczna inteligencja

.Kluczem do sukcesu były przede wszystkim dwa elementy: grafen, który umożliwił stworzenie ultra-cienkich, przezroczystych elektrod, a także SI, która nauczyła się dedukować działanie głębiej położonych neuronów.

„Integracja sygnałów elektrycznych i optycznego obrazowania aktywności neuronalnej wykonalna jest wyłącznie dzięki tej technologii. Prowadzenie obu eksperymentów jednocześnie dostarcza nam bardziej adekwatnych danych, ponieważ możemy obserwować, w jaki sposób eksperymenty obrazowe są czasowo powiązane z rejestrowaniem sygnałów elektrycznych” – wyjaśnia prof. Kuzum.

W dalszych etapach naukowcy chcą testować swoją technologię na innych gatunkach zwierząt, z ostatecznym celem sprawdzenia jej na ludziach.

„Technologia ta może być wykorzystana naprawdę w wielu podstawowych badaniach z dziedziny neuronauki. Z entuzjazmem chcemy wykonać naszą część pracy, aby przyspieszyć postępy w lepszym zrozumieniu ludzkiego mózgu” – podkreśla specjalista.

Sztuczna inteligencja w medycynie

.„Mamy już opracowane ostatnio oprogramowanie pozwalające z dokładnością do 70–80 proc. wskazać wśród osób zarażonych koronawirusem te, u których rozwinie się ciężka postać COVID-19” – pisze we „Wszystko co Najważniejsze” prof. Michał Kleiber, rozważając kwestię wykorzystywania sztucznej inteligencji w medycynie oraz płynących z tego dylematów etycznych. – „Możliwości SI daleko wykraczają jednak poza taką diagnostykę.”

Zastosowania SI różnią się istotnie od tradycyjnych metod medycyny możliwością pozyskiwania wielkiej ilości danych, ich przetwarzania i określania na tej podstawie sugerowanych działań. Fundamentalną cechą stosowanych algorytmów jest ich zdolność do uczenia się na drodze rozpoznawania istotnych cech charakteryzujących przetwarzanie dane i tworzenia na tej podstawie opinii na temat analizowanego problemu.”

„Niestety, zastosowania sztucznej inteligencji nie są także wolne od poważnych dylematów etycznych czy wręcz niebezpieczeństw nieprzemyślanego stosowania” – przestrzega autor. – „Dwa główne dzisiaj wyzwania to ochrona prywatności danych pacjentów oraz etyczne problemy związane z zakresem komputerowego wspomagania lekarza w podejmowaniu ważnych decyzji o ludzkim zdrowiu, nie mówiąc już nawet o ich samodzielnym podejmowaniu przez SI.”

„Przestrzec więc należy przed entuzjastami widzącymi w SI systemy w pełni zastępujące lekarzy i rewolucjonizujące powszechne zasady bioetyczne, możemy bowiem dzisiaj odpowiedzialnie mówić wyłącznie o potencjalnie bardzo przydatnej i zasługującej na przemyślane wsparcie ofercie ze strony tej technologii. Z pełną świadomością potencjału SI, ale także zagrożeń, które może powodować jej pochopne stosowanie, zacytujmy w tym kontekście prognozę pewnego amerykańskiego profesora medycyny: »SI nie zastąpi w przyszłości lekarzy, ale lekarze, którzy będą po nią rozsądnie sięgać, zastąpią tych, którzy nie będą jej w ogóle używać«.”

PAP/Marek Matacz/Wszystko co Najważniejsze/JT

Materiał chroniony prawem autorskim. Dalsze rozpowszechnianie wyłącznie za zgodą wydawcy. 18 stycznia 2024