Zenuwcellen gekoppeld aan een microchip

Duitse onderzoekers hebben een netwerkje gemaakt van twee levende zenuwcellen en een microchip. Het is voor het eerst dat zo'n klein, gecombineerd bio-elektronisch circuitje heeft gefunctioneerd.

De Duitsers publiceren hun onderzoek in de Amerikaanse Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) van 28 augustus. Vorig jaar werd nog als een doorbraak beschouwd dat onderzoekers van de Universiteit Twente chips konden laten `communiceren' met groepen van honderden zenuwcellen die met micro-elektroden worden `aangeprikt'. De toepassing en manipulatie van individuele zenuwcellen door de onderzoekers van het Max Planck Institut in München is een belangrijke stap voorwaarts in de ontwikkeling van met computers geïntegreerde organische neurale netwerken. Zowel zenuwcellen als computerchips communiceren door elektrische signalen, maar de combinatie van deze twee totaal verschillende `signaalverwerkers' is in de praktijk uiterst problematisch.

De neurofysici uit München plaatsten losse zenuwcellen van de poelslak (Lymnaea stagnalis, favoriet om zijn grote zenuwcellen) in een soort hekwerkje (zie foto) op een speciaal behandelde chip. Dankzij een bad van groei- en voedingsstoffen bleven de cellen in leven en ontstonden er uitlopers die de cellen twee aan twee met elkaar in contact brachten. De elektrische activiteit werd gemeten met micro-elektroden die in de cellen werden geprikt. Vervolgens werd een van de cellen geprikkeld met elektrische pulsen vanuit een contact met de chip onder de cel. De pulsen leidden via de uitlopers weer tot activering van de tweede zenuwcel. Uiteindelijk leidde deze elektrische activering ook tot elektrische stimulering van het chipcontact onder de tweede zenuwcel: het minicircuitje van chip-neuron-neuron-chip was tot stand gebracht. Uit de verandering van het elektrische signaal was duidelijk dat deze was doorgegeven door de zenuwcellen en niet op andere wijze.

Circuits als deze, waarvan nu de werkzaamheid is aangetoond maar waarmee nog geen zinnige `berekeningen' zijn gemaakt, moeten een belangrijke rol gaan spelen in bio-elektrische chips waarin de verschillende eigenschappen van zenuwcellen en chips worden gecombineerd. Ook zijn er medische toepassingen denkbaar, onder meer bij hersenbeschadiging. De onderzoekers waarschuwen dat er nog zeer veel nader onderzoek en technische vooruitgang nodig is om praktische toepassingen naderbij te brengen.