Láseres que simulan la excitación de neuronas ópticas

Respuesta de la "VCSEL-neurona" a un estímulo excitatorio. La
inyección de luz polarizada ortogonalmente (Pin⊥) conmuta la
polarización de la luz emitida por el VCSEL de paralela a ortogonal y
la VCSEL-neurona pasa de estado inactivo a activo. La conmutación se
produce a una potencia de entrada de tan solo 9μW. Al igual que en el
caso de la excitación en neuronas un incremento en la intensidad del
estímulo por encima del umbral de excitación no se traduce en un
aumento de la intensidad de la respuesta.

El Dr. Antonio Hurtado, perteneciente al grupo de Optoelectrónica de
la Universidad de Essex (Reino Unido), ha publicado recientemente un
trabajo en el que propone el uso de un láser de semiconductor de
cavidad vertical, VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser, en
sus siglas en inglés) para reproducir funciones básicas de una
neurona. Mediante la inyección en el VCSEL de luz polarizada
(proveniente de uno o dos láseres externos) esta VCSEL‐neurona es
capaz de producir una respuesta "todo o nada" semejante a la que
ocurre en neuronas cuando se sobrepasa el umbral de excitación para
producir un potencial de acción. Además, la inyección externa de
luz polarizada induce una conmutación de la polarización de la luz
emitida por el VCSEL entre dos estados diferenciados (referidos como
polarizaciones "paralela" y "ortogonal") y que son utilizados para
determinar el estado de la VCSEL‐neurona: cuando la polarización es
"ortogonal" se considera que la VCSEL‐neurona está activa y cuando es
"paralela" inactiva. Mediante esta sencilla técnica que combina la
inducción de una respuesta "todo o nada" con conmutación de
polarización asociada (Figura 1) es posible reproducir la respuesta
de una neurona biológica a un estímulo excitatorio o inhibitorio.

Cabe destacar también que los VCSELs poseen una serie de ventajas
inherentes en comparación con otro tipo de láseres, lo que los
convierten en unos dispositivos idóneos para imitar el comportamiento
de las neuronas biológicas. A sus bajos costes de fabricación, hay
que añadir su reducido consumo de potencia, gran eficiencia de acoplo
a fibras ópticas, y su facilidad para ser integrados en circuitos con
gran número de elementos (arrays en 2 dimensiones por ejemplo). Por
otro lado, son un buen modelo de células neuronales ya que permiten
una amplia interconexión con bajos niveles de interferencia a la vez
que son capaces de operar a muy alta velocidad.

Preguntado por las nuevas implicaciones y posibles aplicaciones
prácticas de este trabajo el Dr. Antonio Hurtado se mostró confiado
al destacar que "hemos descrito un modelo de una neurona óptica
individual basada en un VCSEL que es capaz de trabajar a una velocidad
mayor que las propias neuronas biológicas y que se puede desarrollar
usando una técnica experimental muy sencilla. En nuestra opinión,
este trabajo abre la puerta al uso de estos dispositivos para nuevas
aplicaciones en campos muy diversos, que van desde las redes ópticas
neuronales y la computación óptica a la neurociencia."

NOMBRE:Alexander Sayago Maldonado C.I:16232455
EES SECCION:1