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| Una imagen ampliada de un organoide cerebral producido en el laboratorio de Thomas Hartung, teñido para mostrar las neuronas en magenta, los núcleos celulares en azul y otras células de apoyo en rojo y verde. Crédito: Jesse Plotkin/Universidad Johns Hopkins |
El cerebro humano ha inspirado durante mucho tiempo la
inteligencia artificial (IA). Este método ha tenido un éxito increíble: La IA puede presumir de enormes
logros, desde el diagnóstico de trastornos médicos hasta la producción de
poemas. Sin embargo, el diseño original sigue rindiendo mejor que las máquinas
en muchas áreas.
Los recientes avances en los organoides cerebrales derivados de células madre
humanas prometen reproducir in vitro aspectos moleculares y celulares críticos
del aprendizaje y la memoria y, posiblemente, aspectos de la cognición. Este
nuevo campo interdisciplinar se conoce como
"inteligencia organoide" (IO).
Una comunidad de científicos de primera fila se ha reunido para
desarrollar esta tecnología, que se cree lanzará una nueva era de bioinformática rápida, potente y
eficiente.
Un ejemplo de cultivo celular en laboratorio son los organoides cerebrales.
Aunque los organoides cerebrales no son "cerebros pequeños", comparten
características esenciales de estructura y función cerebral, incluidas las
neuronas y otras células cerebrales cruciales para procesos cognitivos como la
memoria y el aprendizaje. Además, los organoides tienen una estructura
tridimensional, mientras que la mayoría de los cultivos celulares son planos.
La densidad celular del cultivo se multiplica por 1.000, lo que permite la
formación de muchas más conexiones entre neuronas.
Pero incluso si los organoides cerebrales son una buena imitación del cerebro,
¿por qué iban a ser buenos ordenadores? Al fin y al cabo, ¿no son los
ordenadores más inteligentes y rápidos que los cerebros?
El profesor Thomas Hartung, de la Universidad Johns Hopkins, afirma: "Aunque
los ordenadores basados en silicio son sin duda mejores con los números, los
cerebros son mejores aprendiendo. Por ejemplo, AlphaGo [la IA que venció al
número uno mundial 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 aprenden mejor, sino que también gastan menos energía.
Por ejemplo, se gasta más energía enseñando a AlphaGo que la necesaria para
mantener a un adulto activo durante diez años.
Según Hartung, "los cerebros también tienen una capacidad asombrosa para
almacenar información, estimada en 2.500 TB. 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".
"Los organoides cerebrales actuales deben ampliarse para la IO. Son demasiado
pequeños, cada uno contiene unas 50.000 células. Para la IO, necesitaríamos
aumentar este número a 10 millones".
Además, los autores están trabajando en una tecnología que les permitirá
transmitir información a los organoides y leer lo que "piensan". Los autores
pretenden crear nuevos dispositivos de estimulación y grabación, así como
modificar técnicas de otros campos científicos, como la bioingeniería y el
aprendizaje automático.
Hartung explica: "Hemos desarrollado un dispositivo de interfaz
cerebro-ordenador que es una especie de gorro de EEG para organoides, que
presentamos en un artículo publicado el pasado agosto. Se trata de un
caparazón flexible densamente cubierto de electrodos diminutos que pueden
tanto captar señales del organoide como transmitirlas a él".
"Con el tiempo, la IO integrará una amplia gama de herramientas de
estimulación y grabación. Éstas orquestarán interacciones a través de redes de
organoides interconectados que implementen cálculos más complejos".
La promesa de la IO se extiende tanto a la medicina como a la informática. Ya
es posible crear organoides cerebrales a partir de tejidos adultos gracias a
un método innovador creado por los premios Noble John Gurdon y Shinya
Yamanaka. Esto indica que los científicos pueden crear organoides cerebrales
personalizados a partir de muestras de piel tomadas de personas con
enfermedades neurológicas como el Alzheimer. Después, pueden realizar diversas
pruebas para examinar cómo las sustancias químicas, los fármacos y los
factores genéticos pueden afectar a estos trastornos.
Según Hartung, "con la IO podríamos estudiar también los aspectos cognitivos
de las afecciones neurológicas. Por ejemplo, podríamos comparar la formación
de memoria en organoides derivados de personas sanas y 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".
El desarrollo de organoides cerebrales humanos capaces de recordar cosas e
interactuar con su entorno plantea complejas cuestiones éticas. ¿Podrían, por
ejemplo, alcanzar la consciencia, aunque fuera de forma primitiva? ¿Podría
haber dolor o sufrimiento para ellos? ¿Y qué derechos tendrían los individuos
respecto a los organoides cerebrales creados con sus células?
Hartung afirma: "Una parte fundamental de nuestra visión es desarrollar la
inteligencia artificial de forma ética y socialmente responsable. Por eso nos
hemos asociado desde el principio con especialistas en ética para establecer
un planteamiento de "ética integrada". Todas las cuestiones éticas serán
evaluadas continuamente por equipos de científicos, especialistas en ética y
el público, a medida que evolucione la investigación".
La IO está aún en sus primeras fases, pero un estudio recién publicado por
el Dr. Brett Kagan, de los Cortical Labs, uno de los coautores del artículo,
ofrece una prueba de concepto. Su equipo demostró que un cultivo de células
cerebrales normales y planas podía aprender a jugar al videojuego Pong.
Hartung añade: "Su equipo ya lo está probando con organoides cerebrales. Y
yo diría que replicar este experimento con organoides ya cumple la
definición básica de IO. A partir de aquí, sólo es cuestión de crear la
comunidad, las herramientas y las tecnologías para aprovechar todo el
potencial de la IO".
Fuentes, créditos y referencias: