El cerebro humano es un ordenador natural, que ha evolucionado durante millones de años; es la máquina más poderosa, compleja y eficiente que existe gracias lo bien que trabajan y funcionan las neuronas. ¿Y si pudiéramos aprovechar este poder para la informática? Si bien ha habido muchos intentos de hacer que la informática se asemeje al cerebro, hay una iniciativa que ha ido más allá.
Ahora, un equipo de científicos ha creado recientemente un ordenador híbrida hecho de electrónica, tal y como estamos habituados, pero también de tejidos similares al cerebro humano. El invento ha sido bautizado como ‘Brainoware y forma parte de un campo de investigación en crecimiento llamado Computación Biológica. Y funciona.
Crean un ordenador que funciona con neuronas humanas
¿Cómo es Brainoware?
La nueva tecnología trata de un ‘organoide’ cerebral hecho de células madre humanas ubicado sobre un chip de silicio que alimenta la información del organoide y lee sus respuestas. Inicialmente, científicos de la Universidad de Indiana en Bloomington, la Universidad de Florida y el Centro Médico del Hospital Infantil de Cincinnati utilizaron células madre pluripotentes para cultivar organoides corticales humanos. El organoide cerebral fue creado a nanoescala en una placa de Petri utilizando células madre humanas..
Los científicos, dirigidos por el ingeniero Feng Guo de la Universidad de Indiana en Bloomington alimentó este ordenador con neuronas con tareas como reconocimiento de voz y problemas matemáticos como la predicción de ecuaciones no lineales. Finalmente, el híbrido biológico-electrónico ha sido capaz de identificar personas por voz y hacer predicciones sobre un problema matemático complejo en las pruebas de laboratorio.
Para probar sus capacidades, convirtieron 240 clips de audio de hablantes japoneses masculinos adultos en señales eléctricas y luego los enviaron al chip organoide. En dos días, el sistema de red neuronal pudo diferenciar con precisión entre los 8 hablantes el 78 por ciento de las veces usando un solo sonido vocal.
Así es Brainoware
«Estos resultados indican que la estimulación eléctrica durante el entrenamiento puede desencadenar el aprendizaje no supervisado de Brainoware para mejorar el rendimiento informático al remodelar la conectividad funcional del organoide», escribieron los autores.
Brainoware es un ejemplo de lo que los científicos informáticos llaman “computación de reservorio”, donde un ordenador introduce información en una red compleja (en este caso, el organoide cerebral) e interpreta la salida.
Así, las células cerebrales cultivadas en laboratorio dentro del chip orgánico de silicio funcionaron como un transmisor de información capaz de recibir y transmitir señales eléctricas. Es el primer paso en un nuevo tipo de arquitectura informática.
Humano y sintético
«Debido a la alta plasticidad y adaptabilidad de los organoides, Brainoware tiene la flexibilidad de cambiar y reorganizarse en respuesta a la estimulación eléctrica, destacando su capacidad para la computación adaptativa de reservorios», apuntan los científicos en su estudio publicado en la revista Nature Electronics.
Futuro
No se trata de verdaderos cerebros, sino simplemente disposiciones de tejido sin nada que se parezca a pensamiento, emoción o conciencia pero que resultan útiles para estudiar cómo se desarrolla y funciona el cerebro. Queda claro que el organoide no forma parte del cerebro de una persona viva, sino que se cultiva a partir de células madre pluripotentes, células que pueden ser inducidas a formar cualquier tipo de tejido corporal, con lo que se dejan de lado las consideraciones éticas. ¿O no?
Cerebro
Los investigadores creen que el desarrollo de “bio-ordenadores” podría, en algún momento, marcar el comienzo de una nueva era de sistemas inteligentes de alta potencia por una fracción comparativa de los costos de energía. Y es que nuestro cerebro requiere también de energía para funcionar, aunque menos que un ordenador promedio. Por ejemplo, el cerebro humano usa unos 12 vatios de potencia y un PC de sobremesa unos 175 vatios.
Los investigadores afirman que este hito representa un paso significativo hacia los ordenadores híbridos, que fusionan hombre y máquina para realizar problemas informáticos complejos utilizando una fracción de la energía que necesitan las máquinas convencionales.
“En los próximos pasos para demostrar que los organoides cerebrales pueden servir como modelo de aprendizaje in vitro, será necesario demostrar aspectos de la memoria a largo plazo, la capacidad de aprender múltiples tareas y diferenciar la contribución única del organoide a lo largo del tiempo. sistemas computacionales conectados. Esto será fundamental para investigar los mecanismos biológicos que permiten el aprendizaje continuo y durante toda la vida”, concluyeron los expertos.
Este híbrido es una forma de ‘informática de reservorio’ que aprovecha las neuronas
Referencias:
- Cai, H., Ao, Z., Tian, C. et al. Brain organoid reservoir computing for artificial intelligence. Nature Electronics (2023). https://doi.org/10.1038/s41928-023-01069-w
- Sun, N., Meng, X., Liu, Y., Song, D., Jiang, C., & Cai, J. (2021). Applications of brain organoids in neurodevelopment and neurological diseases. Journal of Biomedical Science, 28. https://doi.org/10.1186/s12929-021-00728-4.
- Matsui, T., Tsuru, Y., & Kuwako, K. (2020). Challenges in Modeling Human Neural Circuit Formation via Brain Organoid Technology. Frontiers in Cellular Neuroscience, 14. https://doi.org/10.3389/fncel.2020.607399.
