Construyen un ordenador funcional con tejido cerebral humano

Un equipo de ingenieros ha creado un ordenador que integra tejido cerebral humano real con la electrónica: es completamente funcional y ha sido puesto a prueba con tareas como el reconocimiento de voz y la predicción de ecuaciones no lineales, demostrando ser ligeramente menos preciso que un ordenador con hardware puro que funciona con Inteligencia Artificial (IA). Se trata de un primer paso importante hacia un nuevo tipo de arquitectura informática.

En un nuevo estudio publicado recientemente en la revista Nature Electronics, un grupo de especialistas dirigido por el ingeniero Feng Guo, de la Universidad de Indiana en Bloomington, en Estados Unidos, ha resumido y detallado la creación de un ordenador que no solo intenta imitar el funcionamiento del cerebro humano, sino que además utiliza directamente tejido cerebral humano en su estructura y ha demostrado ser funcional.

Organoides cerebrales y electrónica

Según explican Guo y sus colegas, el hardware informático inspirado en el cerebro humano tiene como objetivo emular la estructura y los principios de funcionamiento de nuestro cerebro y podría utilizarse para abordar las limitaciones actuales de las tecnologías de Inteligencia Artificial (IA), sobretodo en cuanto a plasticidad y adaptación a contextos cambiantes. Además, se busca alcanzar la enorme capacidad de procesamiento del cerebro humano.

Sin embargo, los chips de silicio inspirados en el cerebro humano todavía tienen una capacidad limitada para imitar completamente la función cerebral, debido a que la mayoría de los ejemplos se basan en principios electrónicos digitales. Ahora, los ingenieros a cargo del nuevo estudio han presentado un enfoque de hardware de IA que utiliza el cálculo adaptativo del reservorio de redes neuronales biológicas, en el marco de un organoide cerebral.

En este nuevo enfoque, denominado Brainoware, el procesamiento informático se concreta enviando y recibiendo datos del organoide cerebral utilizando una matriz de múltiples electrodos de alta densidad. De esta manera, se unen una estructura física con tejido cerebral real con los patrones electrónicos de la informática tradicional, en un paso vital para combinar ambos mundos. El ordenador biológico resultante es completamente funcional, aunque se encuentra en una primera etapa de desarrollo.

Resultados prometedores

Según un artículo publicado en Science Alert, Brainoware consiste en un organoide cerebral conectado a una serie de microelectrodos de alta densidad. En líneas generales, un organoide es una versión en miniatura y simplificada de un órgano humano, producido in vitro en tres dimensiones en base al desarrollo de tejidos y estructuras reales. Además, se utilizó hardware informático normal para las capas de entrada y salida de datos.

Al aplicar estimulación eléctrica al organoide, los especialistas lograron una dinámica no lineal y ciertas propiedades de memoria, así como un aprendizaje no supervisado a partir de datos de entrenamiento, al remodelar la conectividad funcional del organoide. El potencial práctico de esta técnica fue probado mediante el reconocimiento de voz y la predicción de ecuaciones no lineales, obteniendo resultados satisfactorios de acuerdo al nivel de desarrollo.

Brainoware demostró ser ligeramente menos preciso que las redes neuronales artificiales con una unidad de memoria a corto plazo, pero cada una de esas redes había pasado por 50 etapas de entrenamiento. Brainoware logró casi los mismos resultados en menos del 10 por ciento del tiempo de entrenamiento.

Teniendo en cuenta la alta plasticidad y adaptabilidad de los organoides, Brainoware tiene la flexibilidad de cambiar y reorganizarse en respuesta a la estimulación eléctrica, destacando su capacidad para la informática adaptativa. Todavía existen limitaciones importantes, incluida la cuestión de mantener vivos y saludables los organoides y los niveles de consumo de energía de los equipos periféricos, pero este nuevo enfoque podría tener importantes implicaciones no solo para la informática, sino también para la comprensión de los misterios del cerebro humano.

Referencia

Brain organoid reservoir computing for artificial intelligence. Feng Guo, Hongwei Cai et al. Nature Electronics (2023). DOI:https://doi.org/10.1038/s41928-023-01069-w