El ordenador que funciona con neuronas humanas

La vida moderna está conformada por la interacción de las personas con los objetos que funcionan con chips. Esta milimétrica pieza, compuesta de semiconductores de silicio, está presente en el móvil, el microondas, la tarjeta de crédito o el abono de transporte. El demandante uso de energía y agua para la fabricación del silicio, además de la creciente exigencia por aumentar su velocidad y rendimiento, ha llevado a los investigadores a una carrera por encontrar alternativas. Así, en los últimos años han surgido transistores o semiconductores hechos con nanotubos de carbono o grafeno, pero la apuesta más arriesgada se ha presentado este marzo: neuronas humanas.

Las células cerebrales cultivadas en laboratorio son la base del funcionamiento de la CL1, anunciada como el primer ordenador biológico comercial, y que promete desentrañar el procesamiento de información en el cerebro. La CL1 ha sido diseñada para el desarrollo de fármacos mediante el estudio de la reacción de las neuronas a ciertos compuestos. También ayudará a científicos y laboratorios médicos a comprender cómo las neuronas procesan la información y cómo funciona el aprendizaje en tiempo real, además de los mecanismos que desencadenan algunas enfermedades neurodegenerativas y cognitivas.

“Pensamos que, si estamos viviendo un impulso para que las computadoras tengan inteligencia artificial, entonces realmente debe haber un interés por entender cómo surge la inteligencia, que es de origen biológico. Porque la única inteligencia generalizada que conocemos es la de los humanos y los animales”, dice por videollamada Hon Weng Chong, fundador y director de la compañía australiana Cortical Labs, la empresa detrás del nuevo aparato.

Mitad orgánica, mitad máquina

En la actualidad, ya existen centros de investigación que desarrollan neuronas fuera de un organismo vivo, generalmente provenientes de células madre o de animales. Los fines suelen ser biomédicos o de investigación neurocientífica. Sin embargo, Cortical Labs ha ido un paso más allá al colocar estas células en un sistema donde reciben información de un programa —un hardware—, la procesan y producen un resultado que interactúa con un entorno externo.

“Cuando se cultivan neuronas, normalmente no reciben datos, simplemente están dispuestas en un plato, emitiendo y recogiendo su propia actividad eléctrica. Pero eso no se parece a lo que realmente sucede de forma natural dentro de un ser vivo, por lo que hemos creado un sistema que permite construir simulaciones que las neuronas pueden procesar”, explica Chong.

Para mantener vivo este organismo híbrido, la CL1 cuenta con una estructura interna que regula el flujo de gases, bombas y temperatura. El dispositivo tiene un diseño futurista, con una forma rectangular y un peso de casi seis kilogramos. Mide poco más de 50 centímetros de largo y 15 de ancho. La parte superior es transparente, lo que permite ver los cables y los minúsculos tubos que hacen posible el funcionamiento del ordenador. En la parte frontal, una pantalla táctil proporciona información sobre el estado del sistema, como la temperatura.

Las células son alimentadas con una solución rica en nutrientes que llega hasta ellas a través de unidades de filtración. En concreto, dos cartuchos de filtración con una membrana que permite separar el fluido limpio de los desechos. Dado que algunas proteínas quedan atrapadas en la membrana, es necesario realizar un mantenimiento cada seis meses para evitar que las neuronas mueran. “Tratamos de imitar lo que hace el cuerpo: mantenerlas bien alimentadas, eliminar los desechos y conservarlas a la temperatura adecuada. No debe ser ni demasiado caliente ni demasiado frío; alrededor de 37 grados Celsius, que es la temperatura corporal. También hay que mantener los niveles correctos de pH, para que no sea ni demasiado ácido ni demasiado alcalino”, señala Chong.

En cuanto a la parte operacional, la CL1 opera con un sistema de inteligencia biológica llamado biOS, que permite a los usuarios ejecutar código a través de las neuronas y realizar tareas informáticas. La conexión entre la parte orgánica y la tecnológica se logra mediante un microprocesador que actúa como interfaz, recibiendo y enviando impulsos eléctricos a las células nerviosas.

Precio de 35.000 euros

El precio de la CL1 es de 35.000 euros, pero no está diseñada para el usuario común. A pesar de contar con un sistema abierto con puertos USB que le permiten conectarse a otros dispositivos, su uso está destinado a investigadores y científicos. “El dispositivo necesita un laboratorio que proporcione a las células lo necesario para crecer sanas. Queremos asegurarnos de que las personas que lo adquieran tengan la capacidad de cultivar las células por sí mismas y sepan cómo usarlo. Por el momento, estamos tomando pedidos y evaluando a los clientes”, matiza el neurocientífico.

Si bien la atención mediática durante el lanzamiento de la CL1 se ha centrado en su potencial médico y farmacéutico, Chong asegura que su verdadero objetivo es abrir camino a una nueva forma de computación, más rápida, con menos datos y, sobre todo, con un menor consumo energético.

Se estima que una unidad de procesamiento gráfico (GPU) utilizada en los centros de datos convencionales que soportan cargas de trabajo de IA de última generación puede consumir más de 3,7 millones de vatios al año. En contraste, la CL1 usa entre 850 y 1.000 vatios. Actualmente, los móviles, ordenadores, centros de datos y demás actividades digitales representan el 7% del consumo total de electricidad.

“La neurona es autoprogramable, infinitamente flexible y el resultado de 4.000 millones de años de evolución”, defiende Chong. También destaca que permitirá realizar estudios sin recurrir a pruebas en animales. Sin embargo, Cortical Labs sí utilizó neuronas de ratón en un proyecto anterior, en el que se entrenó a un prototipo compuesto por 800.000 neuronas humanas y animales para jugar al videojuego Pong. Este experimento marcó una nueva fase en la investigación de la empresa, que desde hace cuatro años busca comprender cómo aprenden las neuronas, qué tipo de información deben recibir y cómo debe codificarse esa información.

La biología como nueva computación

El experimento con Pong permitió inferir diversas características sobre estas células. Los hallazgos fueron publicados en 2023 en la revista Nature Communications, donde se exploró el concepto de criticidad neuronal. Esta teoría sugiere que el cerebro opera en un punto crítico, en la frontera entre el orden y el caos, para optimizar el procesamiento de información, la memoria y la adaptabilidad.

La idea promete revolucionar no solo la neurocomputación, sino la computación biológica en general. Esta última se entiende como una rama de la informática que estudia, por un lado, el uso de sistemas biológicos para procesar y almacenar información y, por otro, la forma en que los desarrolladores de software pueden inspirarse en los mecanismos de evolución biológica para crear nuevos algoritmos que permitan resolver problemas complejos.

Los investigadores y desarrolladores podrán manipular las neuronas en la CL1 de forma remota a partir de julio, gracias a Cortical Cloud. Esta plataforma en la nube, que ya cuenta con más de 1.000 inscritos, permitirá ejecutar experimentos y código en el sistema biOS. “Queremos proporcionar esta información de forma abierta a la comunidad investigadora, para que también puedan integrarla en sus proyectos”, concluye Chong.

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