El cerebro humano es asombroso. Se estima que posee, de media, 86 mil millones de neuronas y 150 billones de sinapsis. De hecho, cada una de ellas está conectada a otras 10.000, con las cuales se comunica de manera constante. A lo largo de la historia, ha habido varios intentos de replicar su funcionamiento. Uno de los más conocidos dio lugar a ‘K’, una computadora del Instituto de Ciencias Naturales de Japón (RIKEN). Eso sí, no fue capaz de alcanzar el 2 % de la capacidad de procesamiento de información del cerebro humano, a pesar de contar con 82.944 procesadores.
Sin embargo, el invento de un equipo de ingenieros de la Universidad de Indiana liderado por Feng Guo podría suponer un paso adelante muy importante. Su nombre es Brainoware y se trata de un ordenador que utiliza tejido cerebral humano para procesar la información. El estudio ha sido publicado en la revista Nature Electronics y, como apuntan sus creadores, trata de salvar la hasta ahora infranqueable barrera entre el cerebro humano y las computadoras: las neuronas procesan y almacenan la información simultáneamente, mientras que los ordenadores requieren de unidades separadas para realizar ambas tareas.
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Brainoware está formado por una serie de organoides cerebrales conectados a microelectrodos de alta intensidad. La estimulación eléctrica que transmiten estos elementos aportan información al tejido cerebral, que actúa a modo de reservorio en el que se procesa la información. Tanto en el proceso de entrada como en el de salida emplea hardware convencional. Eso sí, se trata de un diseño muy básico.
Varios experimentos para medir su rendimiento
En primer lugar, los investigadores de la Universidad de Indiana proporcionaron a la computadora 240 clips de audio grabados por ocho hablantes masculinos. En ellos se les podía escuchar emitir sonidos vocales en lengua japonesa. Posteriormente, solicitaron a Brainoware que identificase a los individuos que los habían grabado. Tras dos días de entrenamiento, el ordenador acertó en el 78 % de los casos.
A paper in @NatureElectron reports a hybrid computing system, called Brainoware, consisting of electronic hardware and a brain organoid, which can perform tasks such as speech recognition and nonlinear equation prediction. https://t.co/p0zspVVaUV pic.twitter.com/7ZbLNZANlF
— Nature Portfolio (@NaturePortfolio) December 11, 2023
Posteriormente, solicitaron a Brainoware que predijera un mapa de Hénon. En concreto, se trata de un sistema dinámico que refleja un comportamiento caótico. Para ello, dejaron que aprendiera sin supervisión durante cuatro días. Aquí vino la mayor sorpresa, ya que la computadora fue capaz de realizar la tarea con mayor precisión que una red neuronal artificial no equipada con una unidad de memoria a corto plazo. De hecho, fue capaz de igualar sus resultados requiriendo un 90 % menos de tiempo de entrenamiento.
En este sentido, en el artículo puede leerse que “los organoides tienen una alta plasticidad y adaptabilidad. Por tanto, Brainoware puede cambiar y reorganizarse en función de la estimulación eléctrica recibida”. Eso sí, los investigadores alertan de que el invento se enfrenta a limitaciones importantes, como es la de “mantener vivos y saludables los organoides durante largos períodos de tiempo […] Pueden pasar décadas hasta que consigamos crear sistemas bioinformáticos generales”
Cuestiones bioéticas
El tejido cerebral utilizado para la creación de Brainoware no fue extraído de ningún ser humano, sino que se cultivó en laboratorio a partir de células madre. De hecho, los científicos aseguran haber cumplido con todas las pautas éticas al respecto. Sin embargo, varios investigadores de la Universidad Johns Hopkins han querido recordar las consideraciones a tener en cuenta a la hora de usar este tipo de organoides con el objetivo de incrementar aún más las posibilidades de la inteligencia artificial (IA).
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En concreto, el documento está firmado por los investigadores Lena Smirnova, Erik C. Johnson y Brian Caffo, que no formaron parte del proyecto de la Universidad de Indiana. En él puede leerse que “a medida que aumenta la sofisticación de los organoides, es imprescindible que la comunidad científica tenga en cuenta las cuestiones neuroéticas en torno a los sistemas bioinformáticos que incorporan tejido neural humano”.
Asimismo, añaden que “a pesar de que todavía puedan faltar décadas para la creación de sistemas bioinformáticos generales, este tipo de investigaciones tienen potencial para generar conocimientos fundamentales sobre los mecanismos de aprendizaje, desarrollo neuronal e implicaciones cognitivas”. Eso sí, también hacen referencia a que podrían resultar de gran ayuda para el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas como el Alzhéimer. Por ejemplo, desarrollando modelos preclínicos en los que probar nuevas terapias.
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