Nervenzellen aus Kunststoff werden immer fortschrittlicher - und einfacher
Ergebnisse ebnen den Weg für eine neue Generation von in den Körper integrierten Sensoren, medizinischen Implantaten und Robotern
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Ein künstliches Neuron aus leitfähigem Kunststoff, das fortschrittliche Funktionen ähnlich denen biologischer Nervenzellen ausführen kann, wurde von Forschern der Universität Linköping (Schweden) demonstriert. Die in Science Advances veröffentlichten Ergebnisse ebnen den Weg für eine neue Generation von in den Körper integrierten Sensoren, medizinischen Implantaten und Robotern.
Forscher der Universität Linköping haben eine künstliche Nervenzelle aus einem einzigen organischen elektrochemischen Transistor geschaffen und dabei bis zu 17 neuronale Eigenschaften reproduziert.
Thor Balkhed
"Die Nachahmung des Verhaltens biologischer Neuronen ist seit langem ein wichtiges Ziel der sogenannten neuromorphen Technik. Herkömmliche siliziumbasierte Elektronik ist unzureichend, weil sie nicht dieselbe Sprache wie die Nervenzellen in unserem Körper spricht", sagt Simone Fabiano, Professorin für Materialwissenschaften an der Universität Linköping (LiU).
Anstatt sich auf starres Silizium zu verlassen, arbeitet Simone Fabianos Team am Labor für organische Elektronik der LiU mit einer Klasse weicher, flexibler Materialien, den so genannten konjugierten Polymeren, die sowohl Ionen als auch Elektronen transportieren können. Diese doppelte Fähigkeit ermöglicht eine engere Verbindung mit biologischen Systemen.
Robotik mit Tastsinn
In einem in Science Advances veröffentlichten Artikel hat die Forschungsgruppe von Simone Fabiano gezeigt, dass ihre künstlichen Neuronen eine Art der Informationsverarbeitung durchführen können, die in unserem Nervensystem zu beobachten ist. Diese Funktion bedeutet, dass das Neuron nur dann aktiviert wird, wenn ein Eingang vorhanden ist und ein anderer fehlt. Dies wird als Antikoinzidenzerkennung bezeichnet und ist ein zentrales Prinzip bei Aufgaben wie dem Tastsinn.
"Wir können uns vorstellen, diese Geräte zu verwenden, um den Tastsinn in Prothesen oder in der Robotik zu verbessern. Sie zeigen, dass organische Elektronik nicht nur eine weichere Alternative zu Silizium ist, sondern auch neue Arten der neuronalen Datenverarbeitung ermöglichen kann, die Biologie und Elektronik miteinander verbinden", sagt Simone Fabiano.
Parallel zur Entwicklung fortschrittlicher Funktionen hat seine Forschungsgruppe auch an der Vereinfachung der Grundstruktur dieser künstlichen Neuronen gearbeitet.
Klein aber fein
Anfang 2023 gelang es den Forschern am Campus Norrköping, künstliche Nervenzellen zu schaffen, die 15 der 22 Schlüsseleigenschaften von biologischen Neuronen reproduzieren. Allerdings waren diese Plastiknervenzellen auf viele verschiedene Komponenten angewiesen, was ihren praktischen Nutzen einschränkte.
In einer Studie, die in Nature Communications veröffentlicht wurde, hat das Team die Technologie nun weiter verfeinert. Sie haben die künstliche Nervenzelle auf einen einzigen organischen elektrochemischen Transistor reduziert, der dennoch 17 neuronale Eigenschaften reproduziert. Dieses künstliche Neuron ist nicht nur hochfunktional, sondern auch extrem kompakt und von der Größe her mit einer menschlichen Nervenzelle vergleichbar.
"Dies ist eines der einfachsten und biologisch relevantesten künstlichen Neuronen, die bisher hergestellt wurden. Es öffnet die Tür zur direkten Integration synthetischer Neuronen in lebendes Gewebe oder weiche Roboter", sagt Simone Fabiano.
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
Originalveröffentlichung
Padinhare Cholakkal Harikesh, Dace Gao, Han-Yan Wu, Chi-Yuan Yang, Deyu Tu, Simone Fabiano; "Single organic electrochemical neuron capable of anticoincidence detection"; Science Advances, Volume 11
Junpeng Ji, Dace Gao, Han-Yan Wu, Miao Xiong, Nevena Stajkovic, Claudia Latte Bovio, Chi-Yuan Yang, Francesca Santoro, Deyu Tu, Simone Fabiano; "Single-transistor organic electrochemical neurons"; Nature Communications, Volume 16, 2025-5-9
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