¿Bioordenadores alimentados por células cerebrales humanas?

A pesar del impresionante historial de la IA, su potencia de cálculo palidece en comparación con el cerebro humano. Ahora, los científicos desvelan una vía revolucionaria

03.03.2023 - Estados Unidos

La inteligencia artificial (IA) se ha inspirado durante mucho tiempo en el cerebro humano. Este planteamiento ha dado muy buenos resultados: La IA puede presumir de logros impresionantes: desde diagnosticar afecciones médicas hasta componer poesía. Aun así, el modelo original sigue superando a las máquinas en muchos aspectos. Por eso, por ejemplo, podemos "demostrar nuestra humanidad" con triviales pruebas de imagen en línea. ¿Y si en lugar de intentar que la IA se parezca más a un cerebro, fuéramos directamente a la fuente?

Thomas Hartung, Johns Hopkins University

Científicos de múltiples disciplinas trabajan para crear bioordenadores revolucionarios en los que cultivos tridimensionales de células cerebrales, llamados organoides cerebrales, sirvan de hardware biológico. En la revista Frontiers in Science describen su hoja de ruta para hacer realidad esta visión.

"Llamamos a este nuevo campo interdisciplinar 'inteligencia organoide' (IO)", afirma el profesor Thomas Hartung, de la Universidad Johns Hopkins. "Una comunidad de científicos de primera fila se ha reunido para desarrollar esta tecnología, que creemos que lanzará una nueva era de bioinformática rápida, potente y eficiente".

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¿Qué son los organoides cerebrales y por qué son buenos ordenadores?

Los organoides cerebrales son un tipo de cultivo celular de laboratorio. Aunque los organoides cerebrales no son "mini cerebros", comparten aspectos clave de la función y estructura del cerebro, como las neuronas y otras células cerebrales esenciales para funciones cognitivas como el aprendizaje y la memoria. Además, mientras que la mayoría de los cultivos celulares son planos, los organoides tienen una estructura tridimensional. Esto multiplica por 1.000 la densidad celular del cultivo, lo que significa que las neuronas pueden formar muchas más conexiones.

Pero incluso si los organoides cerebrales son una buena imitación del cerebro, ¿por qué iban a ser buenos ordenadores? Después de todo, ¿no son los ordenadores más inteligentes y rápidos que los cerebros?

"Aunque los ordenadores basados en silicio son sin duda mejores con los números, los cerebros son mejores aprendiendo", explicó Hartung."Por ejemplo, AlphaGo [la IA que venció al jugador número uno del mundo de Go en 2017] se entrenó con datos de 160.000 partidas. Una persona tendría que jugar cinco horas al día durante más de 175 años para experimentar esta cantidad de partidas."

Los cerebros no solo son aprendices superiores, sino que también son más eficientes energéticamente. Por ejemplo, la cantidad de energía empleada en entrenar a AlphaGo es superior a la necesaria para mantener a un adulto activo durante una década.

"Los cerebros también tienen una capacidad asombrosa para almacenar información, estimada en 2,500TB", agregó Hartung. "Estamos llegando a los límites físicos de los ordenadores de silicio porque no podemos meter más transistores en un chip diminuto. Pero el cerebro tiene un cableado completamente distinto. Tiene unos 100.000 millones de neuronas conectadas a través de más de 1.015 puntos de conexión. Es una diferencia de potencia enorme en comparación con nuestra tecnología actual".

¿Cómo serían los bioordenadores de inteligencia organoide?

Según Hartung, los organoides cerebrales actuales deben ampliarse para la inteligencia artificial. "Son demasiado pequeños, cada uno contiene unas 50.000 células. Para la inteligencia artificial, tendríamos que aumentar este número a 10 millones", explica.

Paralelamente, los autores también están desarrollando tecnologías para comunicarse con los organoides: en otras palabras, para enviarles información y leer lo que están "pensando". Los autores planean adaptar herramientas de diversas disciplinas científicas, como la bioingeniería y el aprendizaje automático, así como diseñar nuevos dispositivos de estimulación y grabación.

"Desarrollamos un dispositivo de interfaz cerebro-ordenador que es una especie de tapa de EEG para organoides, que presentamos en un artículo publicado el pasado agosto. Se trata de una carcasa flexible densamente recubierta de diminutos electrodos que pueden captar señales del organoide y transmitirlas a él", explica Hartung.

Los autores prevén que, con el tiempo, la OI integre una amplia gama de herramientas de estimulación y grabación. Éstas orquestarán interacciones entre redes de organoides interconectados que realicen cálculos más complejos.

La inteligencia de los organoides podría ayudar a prevenir y tratar enfermedades neurológicas

La promesa de la inteligencia orgánica va más allá de la informática y se adentra en la medicina. Gracias a una técnica innovadora desarrollada por los premios Nobel John Gurdon y Shinya Yamanaka, se pueden producir organoides cerebrales a partir de tejidos adultos. Esto significa que los científicos pueden desarrollar organoides cerebrales personalizados a partir de muestras de piel de pacientes que sufren trastornos neuronales, como la enfermedad de Alzheimer. A continuación, pueden realizar múltiples pruebas para investigar cómo influyen los factores genéticos, los medicamentos y las toxinas en estas afecciones.

"Con la IO podríamos estudiar también los aspectos cognitivos de las afecciones neurológicas", explica Hartung. "Por ejemplo, podríamos comparar la formación de memoria en organoides derivados de personas sanas y de enfermos de Alzheimer, e intentar reparar los déficits relativos. También podríamos utilizar la IO para comprobar si determinadas sustancias, como los pesticidas, causan problemas de memoria o aprendizaje."

Tener en cuenta consideraciones éticas

Crear organoides cerebrales humanos capaces de aprender, recordar e interactuar con su entorno plantea complejas cuestiones éticas. Por ejemplo, ¿podrían desarrollar la conciencia, aunque fuera de forma rudimentaria? ¿Podrían experimentar dolor o sufrimiento? ¿Y qué derechos tendrían las personas en relación con los organoides cerebrales fabricados a partir de sus células?

Los autores son muy conscientes de estas cuestiones. "Una parte fundamental de nuestra visión es desarrollar la IO de forma ética y socialmente responsable", afirma Hartung. "Por ello, desde el principio hemos colaborado con especialistas en ética para establecer un planteamiento ético integrado. Todas las cuestiones éticas serán evaluadas continuamente por equipos formados por científicos, especialistas en ética y el público, a medida que evolucione la investigación."

¿A qué distancia estamos de la primera inteligencia organoide?

Aunque la inteligencia orgánica está aún en pañales, un estudio publicado recientemente por uno de los coautores del artículo -el Dr. Brett Kagan, de Cortical Labs- constituye una prueba de concepto. Su equipo demostró que un cultivo de células cerebrales normales y planas puede aprender a jugar al videojuego Pong.

"Su equipo ya lo está probando con organoides cerebrales", añade Hartung. "Y yo diría que replicar este experimento con organoides ya cumple la definición básica de OI. A partir de aquí, sólo es cuestión de crear la comunidad, las herramientas y las tecnologías necesarias para aprovechar todo el potencial de la IO", concluyó.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.