Científicos construyen una computadora con tejido cerebral humano

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Científicos construyen una computadora con tejido cerebral humano

De izquierda a derecha, arriba: organoides del cerebro humano a los 7 días, 14 días, 28 días y varios meses; Abajo, de izquierda a derecha: 1 mes, 2 meses, 3 meses. / Cai et al., Nature Electronics , 2023

Un equipo de científicos ha dado un paso significativo hacia la creación de una computación que emula las capacidades cerebrales, al fusionar tejido cerebral humano con la electrónica. El trabajo, que marca una interesante ruta en la arquitectura informática, fue publicado en Nature Electronics.

Esta innovadora tecnología, denominada Brainoware, fue aplicada con éxito en el reconocimiento de voz y la predicción de ecuaciones no lineales. A pesar de ser ligeramente menos preciso que una computadora convencional con inteligencia artificial, el desempeño de Brainoware muestra un comienzo prometedor.

 

Imitando la naturaleza 

El cerebro humano, con sus 86 mil millones de neuronas y hasta mil billones de sinapsis, es una maravilla de la naturaleza. Cada neurona puede conectarse hasta con otras 10.000, formando una red compleja. Simular incluso una fracción de esta actividad ha sido un desafío colosal.  

En 2013, la computadora K de Riken, una de las supercomputadoras más poderosas, tardó 40 minutos en simular un solo segundo de actividad cerebral, el cual involucra 1,73 mil millones de neuronas y 10,4 billones de sinapsis.

La computación neuromórfica, que intenta imitar la estructura y funcionalidad del cerebro, ha sido un enfoque destacado en los últimos años. Sin embargo, consume mucha energía y tiempo.

El equipo, liderado por Feng Guo de la Universidad de Indiana, optó por un enfoque diferente, utilizando tejido cerebral humano real cultivado en el laboratorio. Estos minicerebros u organoides son estructuras tridimensionales de células cerebrales con conexiones y estructuras, pero que carecen de conciencia o pensamiento.

Brainoware conecta estos organoides a una matriz de microelectrodos de alta densidad mediante computación de reservorio, un tipo de red neuronal artificial. Procesa información dentro del organoide y genera actividad neuronal. Las capas de entrada y salida, gestionadas por hardware informático normal, tuvieron que ser entrenadas para trabajar con el organoide.

Durante las pruebas, Brainoware logró reconocer la voz de un individuo en audio con una precisión del 78% tras dos días de entrenamiento. También generó un mapa de Hénon, un sistema dinámico caótico, con una mayor exactitud que una red neuronal artificial que carece de memoria a corto plazo.

 

Organoides cerebrales
Un ejemplo de uno de los organoides y su actividad neuronal escaneada. / Cai et al., Nature Electronics, 2023.

 

Dilema ético 

A pesar de su potencial, Brainoware enfrenta desafíos como mantener la salud de los organoides y regular el consumo energético de los equipos periféricos. La consideración ética es fundamental a medida que esta tecnología evoluciona.

La adaptabilidad y flexibilidad de Brainoware ofrecen posibilidades interesantes tanto en informática, como para comprender el cerebro humano. Esta tecnología podría aportar información sobre los mecanismos de aprendizaje, el desarrollo neuronal y los aspectos cognitivos relacionados con enfermedades neurodegenerativas. Además, ayudará al desarrollo de modelos preclínicos para el deterioro cognitivo y la evaluación de nuevas terapias.

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