Bioemus: il sistema neuromorfo che ci porta verso il futuro delle protesi neurali

Michela Chiappalone (UniGe) è una ricercatrice di Spoke 2 che ha recentemente pubblicato un importante avanzamento della sua ricerca, svolta all’interno dell’ecosistema RAISE, sulla rivista Nature Communications.

Le abbiamo chiesto di raccontarci cos’è e che prospettive ci darà Bioemus, un Digital Twin innovativo in grado di migliorare le interazioni biologico-artificiali nella ricerca neurologica.

Da dove parte l’idea per Bioemus?

L’idea che ci ha portato a sviluppare Bioemus è quella di poter aver nel futuro un chip, un digital Twin neuromorfo, costituito da neuroni artificiali hardware in grado di comportarsi come neuroni biologici reali.
Questo device dovrebbe poter sopperire alle conseguenze del danneggiamento di una porzione di cervello quando colpita da un’ischemia, ripristinando correttamente gli input che il cervello si aspetta.

A che punto si trova lo sviluppo di questo sistema al momento?

Abbiamo di fatto iniziato la realizzazione di questo dispositivo Digital Twin sviluppato sulla rete in vivo. I nostri collaboratori francesi hanno sviluppato tutta l’infrastruttura per poter modificare e settare i parametri di questo sistema neuromorfo.
Quello che abbiamo fatto noi è stato, innanzi tutto, fornire i dati del sistema in vivo e, conseguentemente, adattare i parametri della rete artificiale, cioè del Digital Twin, a quelli che sono i i segnali della nostra rete biologica. Si può dire che abbiamo fatto una ottimizzazione di parametri in modo tale che la rete Digital Twin artificiale si comportasse come si comporta il nostro cervello in vivo.

Quindi il primo risultato è stato quello di riuscire a mimare il comportamento di una rete biologica in digitale?

Il secondo obiettivo al quale stiamo già lavorando, sarà utilizzare il Digital Twin, ottimizzato sulla base dei parametri delle nostre reti biologiche, per stimolare la rete biologica stessa, cioè per garantire questa interazione dall’artificiale al biologico.
E se tutto va bene, anche dal biologico all’artificiale.

Che cosa serve perché questo sistema, che è funzionale e funzionante in condizioni sperimentali, possa essere usato sui pazienti?

Siamo ancora a livello di realizzazione in laboratorio, per cui, al di là di quelle che sono le le opportunità che offre il sistema, la realizzazione vera e propria sui pazienti non è ancora pronta ma non la vedo lontanissima.
In questa pubblicazione dimostriamo che un sistema hardware è in grado di emulare il comportamento di una rete in vivo.
L’utilizzo del sistema per la stimolazione personalizzata è uno degli obiettivi che ci siamo posti all’interno del progetto RAISE.
In particolare, nello Spoke 2, World Package 2 il progetto ’Digital Twin for the personalization of therapy’, ha come obiettivo quello di utilizzare un Digital Twin come Bioemus per la terapia personalizzata e di fare questa dimostrazione a livello preclinico.
Ci stiamo lavorando.
Quello che ci poniamo come obiettivo finale all’interno di RAISE è, appunto, dimostrare questa fattibilità.
E’ importante sottolineare la natura interdisciplinare di questa attività e l’apporto fondamentale dei nostri collaboratori francesi che hanno permesso la realizzazione di Bioemus. Questa collaborazione è stata inoltre supportata dal bando ‘Galileo’, un progetto di scambio dell’Università Italo-Francese ‘Galileo’ che ha finanziato i viaggi Italia-Francia dei ricercatori coinvolti nel corso degli ultimi anni.

L’immagine tratta dalla pubblicazione è condivisa con licenza Creative Commons Attribution 4.0 International License e creata dagli autori della pubblicazione: Romain Beaubois, Jérémy Cheslet, Tomoya Duenki, Giuseppe De Venuto, Marta Carè, Farad Khoyratee, Michela Chiappalone, Pascal Branchereau, Yoshiho Ikeuchi & Timothée Levi.