Des chercheurs de l'Université RMIT se sont inspirés de l'optogénétique, un outil émergent en biotechnologie, développer un appareil qui reproduit la façon dont le cerveau stocke et perd des informations. L'optogénétique permet aux scientifiques d'explorer le système électrique du corps avec une précision incroyable, utiliser la lumière pour manipuler les neurones afin qu'ils puissent être activés ou désactivés.

La nouvelle puce est basée sur un matériau ultra-mince qui modifie la résistance électrique en réponse à différentes longueurs d'onde de la lumière, lui permettant d'imiter la façon dont les neurones fonctionnent pour stocker et supprimer des informations dans le cerveau. Le chef de l'équipe de recherche, le Dr Sumeet Walia, a déclaré que la technologie a des applications dans la technologie de l'intelligence artificielle (IA) qui peuvent exploiter toutes les fonctionnalités sophistiquées du cerveau.

"Notre puce d'inspiration optogénétique imite la biologie fondamentale du meilleur ordinateur de la nature, le cerveau humain, " dit Walia. " Pouvoir stocker, supprimer et traiter les informations est essentiel pour l'informatique, et le cerveau le fait de manière extrêmement efficace. Nous sommes capables de simuler l'approche neuronale du cerveau simplement en faisant briller différentes couleurs sur notre puce. Cette technologie nous emmène plus loin sur la voie de la rapidité, informatique basée sur la lumière efficace et sécurisée. Cela nous rapproche également d'un pas important vers la réalisation d'un cerveau bionique, un cerveau sur puce qui peut apprendre de son environnement comme le font les humains."

Dr Taimur Ahmed, auteur principal de l'étude publiée dans Matériaux fonctionnels avancés , a déclaré que la possibilité de reproduire le comportement neuronal sur une puce artificielle offrait des pistes de recherche passionnantes dans tous les secteurs. "Cette technologie crée d'énormes opportunités pour les chercheurs de mieux comprendre le cerveau et comment il est affecté par les troubles qui perturbent les connexions neuronales, comme la maladie d'Alzheimer et la démence, ", a déclaré Ahmed.

Les chercheurs, du Groupe de Recherche Matériaux Fonctionnels et Microsystèmes du RMIT, ont également démontré que la puce peut effectuer des opérations logiques, en cochant une autre case pour une fonctionnalité de type cerveau. Développé à l'installation de recherche MicroNano de RMIT, la technologie est compatible avec l'électronique existante, et a également été démontré sur une plate-forme flexible pour l'intégration dans l'électronique portable.

Comment fonctionne la puce

Les connexions neuronales se produisent dans le cerveau par le biais d'impulsions électriques. Lorsque de minuscules pointes d'énergie atteignent un certain seuil de tension, les neurones se lient, le début de la création de mémoire. Sur la puce, la lumière est utilisée pour générer un photocourant. La commutation entre les couleurs fait que le courant inverse la direction du positif au négatif. Ce décalage de polarité équivaut à la liaison et à la rupture des connexions neuronales, un mécanisme qui permet aux neurones de se connecter (et d'induire l'apprentissage) ou d'inhiber (et d'induire l'oubli).

Cela s'apparente à l'optogénétique, dans laquelle la modification des neurones induite par la lumière les active ou les désactive, activer ou inhiber les connexions au prochain neurone de la chaîne. Pour développer la technologie, les chercheurs ont utilisé un matériau appelé phosphore noir (BP) qui peut être intrinsèquement défectueux dans la nature. C'est généralement un problème pour l'optoélectronique, mais avec la mécanique de précision, les chercheurs ont pu exploiter les défauts pour créer de nouvelles fonctionnalités.

« Les défauts sont généralement considérés comme quelque chose à éviter, mais ici nous les utilisons pour créer quelque chose de nouveau et d'utile, ", a déclaré Ahmed. "C'est une approche créative pour trouver des solutions aux défis techniques auxquels nous sommes confrontés."