Ante los actuales desarrollos de Inteligencia Artificial (IA) para crear texto, voz, arte y video, entre otras funciones, como es ChatGPT4, un grupo de científicos formuló recientemente el uso del propio tejido neural cultivado cuidadosamente para recrear las estructuras del cerebro animal como sustrato computacional.
Y es que si bien la IA se inspira en los procesos humanos de pensamiento, la tecnología no puede replicar por completo todas las capacidades de nuestro cerebro.
Por ello, reuniendo desarrollos de los campos de la informática, la ingeniería eléctrica, la neurobiología, la electrofisiología y la farmacología, expertos de universidades de Estados Unidos, Australia, Alemania, Luxemburgo e Italia llegaron al consenso de que una biocomputadora podría ser más poderosa y utilizar menos recursos que una computadora convencional con base de silicio.
En una publicación en la revista Frontiers in Neuroscience los investigadores plantean un programa colaborativo interdisciplinario para desarrollar la futura tecnología denominada Inteligencia Organoide (IO).
Según las últimas estimaciones un cerebro humano puede alojar alrededor de dos mil 500 TB de información mientras que realiza conexiones complejas en menos tiempo que las computadoras más poderosas actuales.
Todo lo anterior lo ejecuta con requerimientos energéticos menores que cualquier computadora. Se ha estimado que los cerebros son unas 100 mil veces más eficientes energéticamente que las computadoras y podrían cumplir con la misma capacidad de almacenamiento de datos con solo mil 600 kilovatios de energía, lo que ilustra las inmensas implicaciones de la computación dirigida por el cerebro para la conservación de energía.
Cabe destacar que las conexiones neuronales tienen un potencial de procesamiento de información asombroso y mientras que la computación a base de chips de silicio trata de simularlas la IO literalmente las usaría.
Desarrollo
Los organoides son tejidos cultivados en laboratorio que se asemejan a órganos. Estas estructuras tridimensionales, normalmente procedentes de células madre, llevan casi dos décadas utilizándose en los laboratorios, donde científicos han podido evitar las nocivas pruebas en humanos o animales experimentando con sustitutos de riñones, pulmones y otros órganos.
Y aunque los organoides cerebrales no se parecen a versiones diminutas del cerebro, los cultivos celulares del tamaño de un punto de lápiz contienen neuronas capaces de realizar funciones similares a las del cerebro, formando multitud de conexiones.
El desarrollo del campo de los organoides es posible gracias a dos avances de la bioingeniería: las Células Madre Pluripotentes Inducidas (IPSC) y técnicas de cultivo de células en 3D.
Las IPSC son células madre capaces de convertirse en cualquier célula que se encuentre en el cuerpo de un animal, que se crean al convertir una célula adulta en la célula madre. Estas estimulan bioquímicamente a las neuronas específicas y la glía (células del tejido nervioso) necesarias para construir un organoide determinado. Los métodos de andamiaje 3D desarrollados más recientemente permiten a los biólogos cultivar tejidos neurales derivados de IPSC tanto vertical como horizontalmente, lo que posibilita que los organoides desarrollen las redes interneuronales que se ven en el cerebro de un animal. Los científicos han estudiado cultivos 2D durante décadas, pero los tejidos monocapa no pueden convertirse en redes similares a cerebros de la forma en que lo hacen los organoides.
Así como los propios organoides son producto de los avances de la bioingeniería, su utilidad como modelos para la función neurológica es resultado de varias otras innovaciones bioquímicas: la electrofisiología y la microfluídica.
Los investigadores ahora pueden guiar el desarrollo de organoides de manera más confiable y precisa que hace media década, usando esa especificidad para crear organoides que imitan la estructura de la red y la composición celular de estructuras corticales y subcorticales específicas.
Usos
Al acondicionar las poblaciones de neuronas dentro de los organoides para que respondan de manera consistente y predecible a las entradas eléctricas establecidas los científicos plantean la hipótesis de que pueden convertir los sistemas de organoides en unidades de procesamiento orgánico que pueden aprovechar las aparentes capacidades de procesamiento de información del tejido neuronal para crear sistemas informáticos flexibles y potentes.
Como la comunicación de una biocomputadora es bidireccional, los científicos estiman que la IO también tiene el potencial de profundizar en el estudio del cerebro humano. Como las células cerebrales podrán “hablar”, expertos en neurociencia y biología celular podrían ampliar sus conocimientos en enfermedades degenerativas cerebrales.
“Los sistemas de biocomputación con base en IO permitirán una toma de decisiones más rápida, aprendizaje continuo durante la ejecución de tareas y una mejor eficiencia energética y de datos”, indica Jens Schwamborn, profesor de Biología Celular y del Desarrollo en la Universidad de Luxemburgo.
Los responsables del estudio aclaran que una biocomputadora no puede asociarse a términos humanos como autoconciencia, puesto que es un cultivo celular simple donde solo se aprovechará la velocidad de procesamiento de las neuronas. Sin embargo, no descartan que la IO debe someterse a un estudio ético sobre su uso.
Dilema
El nuevo estudio plantea una serie de problemas fundamentales que deben ser resueltos para que ocurran avances en el campo de la IO. En primer lugar, los pioneros en la materia deben encontrar la forma de producir un cúmulo de al menos diez millones de células cerebrales organizadas en 3D para aprovechar las conexiones neuronales (actualmente cada organoide contiene unas 50 mil células). Una pequeña esfera de cerebro es la unidad básica para que pueda existir una biocomputadora. En segundo lugar, hace falta desarrollar una forma de nutrir las biocomputadoras porque, después de todo, el campo de estudio utiliza órganos vivos que exigen alimento real para vivir. Un microsistema vascular debe existir para que la IO no muera. Por último, una vez garantizada la duración de la biocomputadora los científicos tendrán que encontrar la forma de conectarse a ella. Una capa flexible de microelectrodos que cubra al cerebro es fundamental para entender “qué es lo que se comunica”. Un cerebro reconoce cosas porque recibe información de distintas fuentes como los órganos sensibles a la luz, al sonido y a la temperatura. Cuando la biocomputadora tenga entradas para información, los futuros estudiosos del tema podrán agregarle diferentes estímulos y verificar sus respuestas.
Fuente: FrontierSin