Los científicos han revelado un plan para crear biocomputadoras alimentadas por células cerebrales humanas

A pesar del impresionante historial de la inteligencia artificial, su poder computacional palidece en comparación con el del cerebro humano. Hoy, los científicos están revelando un camino revolucionario para impulsar la informática: la inteligencia orgánica (OI), en la que los organoides cerebrales creados en el laboratorio actúan como dispositivos biológicos. Los autores dicen en un artículo de revista fronteras en la ciencia.

La inteligencia artificial siempre se ha inspirado en el cerebro humano. Este enfoque ha demostrado ser muy exitoso: la IA está disfrutando de hazañas impresionantes, desde el diagnóstico de condiciones médicas hasta la composición de poesía. Sin embargo, el modelo original sigue superando a las máquinas en muchos aspectos. Esta es la razón por la que, por ejemplo, podemos «probar nuestra humanidad» con triviales cuestionarios fotográficos en línea. ¿Qué pasaría si fuéramos directamente a la fuente en lugar de intentar hacer que la IA se parezca más a un cerebro?

Científicos de múltiples disciplinas están trabajando para crear biocomputadoras revolucionarias en las que cultivos 3D de células cerebrales, llamados organoides cerebrales, actúan como dispositivos biológicos. Describen su hoja de ruta para lograr esta visión en la revista. fronteras en la ciencia.

«Llamamos a este nuevo campo interdisciplinario ‘inteligencia orgánica’ (OI)”, dijo el profesor Thomas Hartung de la Universidad Johns Hopkins. «Una comunidad de científicos líderes se ha unido para desarrollar esta tecnología, que creemos que lanzará una nueva era de velocidad, poder y eficacia. bioinformática. «

¿Cuáles son los orgánulos del cerebro y por qué son buenas computadoras?

orgánulos cerebrales Es un tipo de cultivo celular en el laboratorio. Aunque los organoides no son «mini-cerebros», comparten aspectos clave de la función y la estructura del cerebro, como las neuronas y otras células cerebrales que son esenciales para las funciones cognitivas, como el aprendizaje y la memoria. Además, mientras que la mayoría de los cultivos celulares son planos, los orgánulos tienen una estructura tridimensional. Esto da como resultado un aumento de 1000 veces en la densidad celular del cultivo, lo que significa que las neuronas pueden formar una mayor cantidad de conexiones.

Pero incluso si los organoides cerebrales son tan buenos imitadores de cerebros, ¿por qué hacen tan buenas computadoras? Después de todo, ¿no son las computadoras más inteligentes y rápidas que el cerebro?

«Si bien las computadoras basadas en silicio definitivamente son mejores con los números, los cerebros son mejores para aprender», explicó Hartung. Por ejemplo, AlphaGo [the AI that beat the world’s number one Go player in 2017] Fue entrenado en datos de 160.000 juegos. Una persona tendría que jugar cinco horas al día durante más de 175 años para experimentar tantos juegos”.

Los cerebros no solo son mejores aprendices, también son más eficientes energéticamente. Por ejemplo, la cantidad de energía gastada entrenando AlphaGo es más de lo que se requiere para mantener a un adulto activo durante una década.

«Los cerebros también tienen una capacidad asombrosa para almacenar información, estimada en 2.500 terabytes», agregó Hartung. «Estamos llegando a los límites físicos de las computadoras de silicio porque no podemos empaquetar más transistores en una pequeña rebanada. Pero el cerebro está conectado de una manera completamente diferente. Tiene alrededor de 100 mil millones de neuronas conectadas a través de más de 10¹⁵ Puntos de contacto. Es una gran diferencia de fuerza en comparación con nuestra tecnología actual».

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¿Cómo serían las biocomputadoras con inteligencia orgánica?

Según Hartung, los orgánulos cerebrales existentes deben aumentar de tamaño para la OI. Son muy pequeños, cada uno contiene alrededor de 50.000 células. Para OI, necesitaríamos aumentar ese número a 10 millones”.

Paralelamente, los autores también están desarrollando técnicas para comunicarse con los orgánulos, es decir, enviarles información y leer lo que piensan. Los autores planean adaptar herramientas de varias disciplinas científicas, como la bioingeniería y el aprendizaje automático, así como diseñar nuevos dispositivos de estimulación y registro.

Hemos desarrollado un dispositivo de interfaz cerebro-computadora que es una especie de gorra EEG para organoides, que presentamos en un artículo publicado el pasado mes de agosto. Es una capa flexible densamente cubierta con pequeños electrodos que pueden captar señales del organoide y transmitirlas, dijo Hartung.

Los autores prevén que OI eventualmente integrará una amplia gama de herramientas de estímulo y registro. Estas interacciones se organizarán a través de redes de organismos orgánicos interconectados que realizan operaciones computacionales más complejas.

La inteligencia orgánica puede ayudar a prevenir y tratar enfermedades neurológicas

La promesa de OI va más allá de la informática y la medicina. Gracias a una técnica pionera desarrollada por los premios Nobel John Gordon y Shinya Yamanaka, se pueden producir organoides cerebrales a partir de tejido adulto. Esto significa que los científicos pueden desarrollar organoides cerebrales personalizados a partir de muestras de piel de pacientes con trastornos neurológicos, como la enfermedad de Alzheimer. Luego pueden realizar múltiples pruebas para investigar cómo los factores genéticos, los medicamentos y las toxinas pueden afectar estas condiciones.

«Con OI, también podemos estudiar los aspectos cognitivos de los estados neurológicos», dijo Hartung. «Por ejemplo, podemos comparar la formación de memoria en orgánulos derivados de personas sanas y de pacientes con Alzheimer, y tratar de corregir los déficits relativos. También podemos usar OI para probar si ciertas sustancias, como los pesticidas, causan memoria. problemas de aprendizaje. «

Tener en cuenta las consideraciones éticas.

La creación de orgánulos cerebrales humanos que pueden aprender, recordar e interactuar con su entorno plantea cuestiones éticas complejas. Por ejemplo, ¿pueden desarrollar la conciencia, aunque sea de forma rudimentaria? ¿Pueden sentir dolor o sufrimiento? ¿Y qué derechos pueden tener las personas sobre los órganos cerebrales creados a partir de sus propias células?

Los autores son muy conscientes de estos problemas. “Una parte clave de nuestra visión es desarrollar OI de una manera ética y socialmente responsable”, dijo Hartung. Es por esta razón que nos hemos asociado con especialistas en ética desde el principio para establecer el enfoque de «Ética inquebrantable». Todos los problemas éticos serán evaluados de forma continua por equipos formados por científicos, especialistas en ética y generalistas, a medida que evolucione la investigación».

¿Qué tan lejos estamos de la primera inteligencia orgánica?

Aunque la OI todavía está en sus inicios, un estudio publicado recientemente por uno de los coautores del artículo, el Dr. Brett Kagan de Cortical Laboratories, proporciona una prueba de concepto. Su equipo ha demostrado que un cultivo de células cerebrales planas normales puede aprender a jugar al videojuego Pong.

«Su equipo ya está probando esto con organoides cerebrales», agregó Hartung. «Y yo diría que replicar este experimento con organoides realmente cumple con la definición básica de OI. De ahora en adelante, solo se trata de construir la comunidad y las herramientas y tecnologías necesarias para aprovechar todo el potencial de OI».