Crean biocomputadora híbrida utilizando tejido cerebral

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biocomputadora

Inspenet, 18 de diciembre 2023.

Científicos han desarrollado una biocomputadora híbrida que fusiona tejido cerebral humano cultivado en laboratorio con circuitos electrónicos convencionales, logrando llevar a cabo tareas como el reconocimiento de voz.

Este avance tecnológico, detallado en Nature Electronics podría eventualmente integrarse en sistemas de inteligencia artificial (IA) o servir como base para modelos mejorados del cerebro en investigaciones de neurociencia.

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Brainoware: la biocomputadora híbrida

Denominado como Brainoware, este sistema utiliza organoides cerebrales, que son conjuntos de células humanas diseñadas para imitar tejidos y se utilizan en investigaciones para modelar órganos. Los organoides se componen de células madre con la capacidad de especializarse en distintos tipos celulares, en este caso, se transformaron en neuronas, similares a las presentes en nuestro cerebro.

El propósito de la investigación es establecer «un enlace entre la inteligencia artificial y los organoides», según Feng Guo, coautor del estudio y bioingeniero en la Universidad de Indiana Bloomington. Algunos sistemas de inteligencia artificial se fundamentan en una red de nodos interconectados, conocida como red neuronal, de manera similar a la operación del cerebro. «Queríamos preguntarnos si podemos aprovechar la red neuronal biológica dentro del organoide cerebral para la informática«, afirma.

En la creación de Brainoware, los investigadores situaron un solo organoide en una placa equipada con miles de electrodos para establecer la conexión entre el tejido cerebral y los circuitos eléctricos. Posteriormente, transformaron la información de entrada en un patrón de pulsos eléctricos, los cuales fueron suministrados al organoide. La reacción del tejido fue registrada por un sensor y decodificada mediante un algoritmo de aprendizaje automático.

Brainoware sometida a pruebas

Para poner a prueba las capacidades de Brainoware, el equipo empleó la técnica en tareas de reconocimiento de voz, entrenando el sistema con 240 grabaciones de ocho personas hablando. El organoide exhibió patrones de actividad neuronal distintos en respuesta a cada voz, y la inteligencia artificial aprendió a interpretar estas respuestas con una precisión del 78%.

A pesar de que se requiere más investigación, el estudio respalda ciertas ideas teóricas esenciales que podrían allanar el camino hacia la viabilidad de una computadora biológica, según Lena Smirnova, neurocientífica del desarrollo en la Universidad John Hopkins de Baltimore, Maryland. Investigaciones previas han evidenciado que solo los cultivos bidimensionales (2D) de células neuronales son capaces de llevar a cabo tareas computacionales similares, pero este estudio marca la primera vez que se demuestra en un organoide cerebral tridimensional (3D).

Visión a futuro

La combinación de organoides y circuitos podría brindar a los investigadores la oportunidad de aprovechar la velocidad y eficiencia energética inherentes a los cerebros humanos para potenciar la inteligencia artificial, según afirma Guo. Además, Arti Ahluwalia, ingeniero biomédico en la Universidad de Pisa en Italia, señala que esta tecnología podría ser empleada para investigar el cerebro, ya que los organoides cerebrales pueden replicar la arquitectura y función de un cerebro en funcionamiento de maneras que los cultivos celulares simples no logran.

Así mismo, existe la posibilidad de utilizar Brainoware para modelar y estudiar trastornos neurológicos y también podría emplearse para evaluar los efectos y toxicidades de diferentes tratamientos. “Ahí es donde está la promesa; usarlos para, con suerte, algún día reemplazar los modelos animales del cerebro”, dice Ahluwalia.

Sin embargo, el empleo de células vivas en informática presenta desafíos significativos. Un problema crucial radica en cómo mantener con vida los organoides, ya que las células deben ser cultivadas y preservadas en incubadoras, una tarea que se complica a medida que los organoides aumentan su tamaño. Según Smirnova, las tareas más complejas requerirán «cerebros» más grandes.

Para aprovechar plenamente las capacidades de Brainoware, Guo sostiene que los pasos futuros incluirán investigar la adaptabilidad de los organoides cerebrales para llevar a cabo tareas más complejas y cómo diseñarlos de manera que sean más estables y confiables que en la actualidad. Este aspecto resultará crucial si se pretende incorporarlos a los microchips de silicio utilizados actualmente en la informática de inteligencia artificial.

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Fuente: nature.com

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