Las biocomputadoras hechas de diminutos "cerebros" son el futuro, dicen los científicos. es por eso

Todo el mundo se está volviendo loco con los sistemas de IA y su potencial para interrumpir, bueno, todo. Pero esta visión de túnel no debe distraernos de lo que se puede lograr aprovechando la inteligencia natural, que es mucho más capaz en algunas áreas de la informática que las IA y las supercomputadoras más grandes y malas.

Ahora imagine lo extraordinario que sería si de alguna manera pudiéramos combinar el poder de cómputo y la precisión de las computadoras basadas en silicio con las habilidades cognitivas del cerebro humano. Pero, ¿es posible tal cosa? De hecho, puede ser, según un grupo internacional de científicos destacados que han esbozado su plan para la llamada "inteligencia organoide" (OI), habilitada por biocomputadoras que usan células cerebrales humanas reales, no transistores, para almacenar, recuperar y procesar información.

Mover IA: Conoce OI

Cuando las personas ven a las computadoras derrotar a los maestros humanos con facilidad en juegos complejos como el ajedrez en 1900 o el Go más reciente, es fácil caer en la trampa de pensar que son superiores a nosotros en todas las formas de pensar, no lo son.

Comencemos reconociendo el hecho de que hay muchas similitudes entre la arquitectura del cerebro y la de una computadora, ya que ambos consisten en circuitos en gran parte separados para entrada, salida, procesamiento central y memoria. Esto es, por supuesto, por diseño, ya que los pioneros de la computación modelaron máquinas de pensamiento artificial basadas en el cerebro humano. Por ejemplo, el breve pero profundo libro La computadora y el cerebro por el brillante e inimitable John von Neumann en la década de 1940 sigue siendo la base de la mayoría de las computadoras modernas.

Sin embargo, también existen profundas diferencias entre las dos arquitecturas, una basada en silicio y otra biológica. Las computadoras pueden realizar cálculos al menos 10 millones de veces más rápido que el cerebro humano. La precisión de los cálculos realizados por humanos es de aproximadamente 1 en 100, mientras que un procesador de 32 bits tiene una precisión de 1 en 4 mil millones. Si desea procesar números y datos sin procesar, las computadoras son insuperables.

Pero pregúntele a la computadora si la imagen de una criatura de cuatro patas es una jirafa o un caballo, y tendrá problemas. O imagine a un jugador de baloncesto siguiendo la trayectoria de un balón que pasa y moviéndose por la cancha mientras contrae constantemente cientos de músculos individuales para mover sus extremidades con precisión y en coordinación con otros jugadores. Todas estas son tareas triviales para los humanos, pero en algunos casos pueden ser casi imposibles para las computadoras. Además, el cerebro humano logra todo esto con una fracción del consumo de energía de una computadora digital.

En las últimas décadas, los científicos e ingenieros informáticos han tratado de cerrar esta brecha agregando más funciones del cerebro humano al diseño de la computadora. Los principios del procesamiento paralelo y la modificación de la intensidad de la conexión en función del uso se incorporan a las computadoras modernas mediante el uso de múltiples procesadores o núcleos en una sola computadora. Los algoritmos de aprendizaje profundo que permiten a las máquinas identificar objetos o hablar están inspirados directamente en los sistemas de la corteza visual y auditiva de los mamíferos.

Pero estas emulaciones pueden llegar a sus límites, que es donde entra en juego la inteligencia organoide.

¿Qué es la Inteligencia Organoide?

Los científicos han estado experimentando con cultivos tridimensionales de células cerebrales, llamados organoides cerebrales, durante algún tiempo. Técnicamente, estos son "organoides cerebrales": órganos similares a un cerebro en miniatura, cultivados artificialmente, in vitro. Estos cultivos celulares han demostrado ser herramientas fantásticas para estudiar algunos aspectos del cerebro humano, incluida la forma en que las neuronas se activan y establecen conexiones. También son campos de prueba clave para el desarrollo de fármacos y la comprensión de cómo ciertas enfermedades neurológicas, como el Parkinson o el Alzheimer, afectan al cerebro humano.

Pero recientemente, la perspectiva de usar organoides cerebrales como biocomputadoras se ha vuelto cada vez más atractiva. El año pasado, por ejemplo, los científicos de la startup de biotecnología Cortical Labs construyeron un híbrido cerebro-organoide-computadora que pudo aprender a jugar el clásico videojuego Pong. En otros lugares, los investigadores han combinado cultivos neuronales 2D con chips de computadora.

Todo comienza, por extraño que parezca, con un montón de células de piel humana. Las células donadas se siembran en una placa de cultivo, donde se introducen genes en las células de la piel que esencialmente borran su memoria de haber sido piel alguna vez, reprogramándolas en células madre que tienen el potencial de convertirse en cada tipo de célula en el cuerpo humano, ya sean folículos pilosos, células hepáticas o neuronas.

Al bañar las células madre en ciertos químicos, los científicos pueden guiar el destino de estas células hacia el desarrollo de neuronas. Cuando estas células se inyectan en una matriz similar a un gel, es posible hacer crecer células cerebrales en tres dimensiones, lo que aumenta enormemente la densidad de neuronas del organoide. Estas estructuras se parecen un poco al cerebro humano en desarrollo, incluida la presencia de tentáculos axónicos que se conectan a las dendritas para formar sinapsis ramificadas.

El potencial está ahí, razón por la cual un grupo de más de 80 investigadores líderes ha propuesto ahora una hoja de ruta para hacer realidad una visión en la que los organoides cerebrales forman la base de un nuevo tipo de computación que utiliza hardware biológico.

"Estamos en un punto en el que las tecnologías para lograr verdaderas biocomputadoras están maduras para combinarse sinérgicamente". Este lanzamiento marca la formación de una comunidad de Organoid Intelligence (OI) para hacer precisamente eso. La esperanza es que algunas de las notables funcionalidades del cerebro humano se puedan realizar como OI, como su capacidad para tomar decisiones rápidas basadas en información incompleta y contradictoria (pensamiento intuitivo), aprendizaje continuo y eficiencia energética y de datos. Thomas Hartung, profesor de ciencias de la salud ambiental en la Escuela de Salud Pública Johns Hopkins Bloomberg y la Escuela de Ingeniería Whiting, quien lidera la nueva iniciativa, dijo Ciencia ZME vía correo electrónico.

En el nuevo estudio, que apareció hoy en Fronteras en la ciencia, los autores muestran el estado actual del arte en OI y describen varias tecnologías emergentes utilizadas para interactuar, aumentar y mejorar los organoides. Estos incluyen herramientas interdisciplinarias de diferentes campos, como la bioingeniería y el aprendizaje automático.

“Cuando anuncié en AAAS en 2016 que habíamos logrado la producción en masa estandarizada de organoides cerebrales, caractericé su actividad eléctrica espontánea como 'ellos piensan'. Algunos miembros del personal se sorprendieron por esto y les preguntaron si estaban conscientes. Le respondí que no podían ser, ya que no tenían nada en qué pensar sin entrada y salida. Eso es lo que estamos cambiando ahora”, dijo Hartung, quien cree audazmente que las computadoras biológicas son “la futura generación probable de IA”.

Además de potenciar las computadoras, OI también tiene un enorme potencial disruptivo en el cuidado de la salud y la neurociencia. Al sondear directamente los orgánulos, los científicos pueden estudiar cómo se forman los recuerdos en el cerebro, pero también cómo las enfermedades debilitantes y (actualmente) incurables, como la enfermedad de Alzheimer, hacen que esos recuerdos se deterioren.

Pero antes de que esta visión se pueda realizar por completo, hay muchos desafíos que deben abordarse. En 2012, el equipo de Hartung ensambló organoides cerebrales compuestos por unas 50 000 células, aproximadamente del tamaño del sistema nervioso de una mosca de la fruta. Sin embargo, lograr el mismo tipo de poder de cómputo que se ve en las computadoras hoy en día requeriría millones, si no miles de millones, de neuronas. OI puede tardar décadas en volverse tan inteligente como un ratón.

"En este momento, necesitamos escalar estos organoides, lo que requiere suministro de oxígeno y nutrientes, y debemos conectarlos a tantos electrodos como sea posible. La IA biológica real competitiva con la IA basada en silicio actual está ciertamente muy lejos, si es que es posible. Sin embargo, podemos aprender mucho sobre la biología de la cognición, definir los límites éticos de dicha investigación, usarla para desarrollar medicamentos o comprender los efectos negativos de los productos químicos en nuestro entorno, y posiblemente complementar las computadoras tradicionales con componentes biológicos", dijo Hartung.

¿Son éticos los organoides cerebrales?

En la etapa actual en la que se encuentra esta investigación, no debería haber preocupaciones morales sobre el uso de estos organoides. Esencialmente, hay cero posibilidades de que estas gotas tridimensionales de neuronas sean conscientes, especialmente dado que el nivel de abstracción requerido para lograr la conciencia, de acuerdo con lo que los neurocientíficos saben actualmente, se basa en la presencia de información sensorial. Un organoide cerebral incorpóreo, que aún no es realmente un cerebro, con información sensorial muy limitada transmitida por algunos electrodos nunca puede alcanzar la conciencia, pero Hartung, sin embargo, involucra activamente a los especialistas en ética en todos los pasos de este proceso, que él llama "ética integrada".

Si alguna vez se logra la visión de Hartung, la posibilidad de que "pequeños cerebros" crezcan en recipientes y se vuelvan sensibles, aunque todavía remota, será cada vez más posible.

“En este punto, estamos lejos de cualquier nivel de conciencia real: los organoides son diminutos con tantas neuronas como una mosca doméstica, y apenas tienen información relevante para aprender sobre su entorno (y sobre ellos mismos). Sin embargo, es importante anticipar cómo esto puede cambiar y establecer límites. Incluimos activamente especialistas en ética en el equipo. Nuestro enfoque de 'ética integrada' los involucra como observadores y referentes de nuestro trabajo. En el mismo vez que encuestan al público en general para averiguar qué es probable que les incomode este trabajo y qué información les ayuda a comprender su valor y responsabilidad ética", agregó el científico.

El cerebro humano, en toda su asombrosa complejidad, es el producto de millones de años de evolución. Aprovechar este enorme potencial puede ser absolutamente transformador. Quedan muchos desafíos por delante, pero esta nueva hoja de ruta debería ayudar a los científicos a coordinarse mejor para hacer realidad esta visión. Hartung menciona que ahora hay una comunidad OI incipiente gracias a iniciativas como el taller de Johns Hopkins 2022, que finalmente condujo al desarrollo de Declaración de Baltimore a OI, que se publicará próximamente.