La «inteligencia orgánica» puede crear computadoras alimentadas por células cerebrales

La «inteligencia orgánica» puede crear computadoras alimentadas por células cerebrales

(CNN) Las computadoras impulsadas por células cerebrales humanas pueden sonar como ciencia ficción, pero un equipo de investigadores en los EE. UU. cree que tales máquinas, parte de un nuevo campo llamado «inteligencia orgánica», podrían dar forma al futuro, y ahora tienen un plan para lograrlo. .

Los orgánulos son tejidos cultivados en laboratorio que parecen órganos. Estas estructuras tridimensionales, generalmente derivadas de células madre, se han utilizado en laboratorios durante casi dos décadas, ya que los científicos han podido evitar pruebas dañinas en humanos o animales al experimentar con la función de los riñones, pulmones y otros órganos.

Los organoides cerebrales en realidad no parecen versiones diminutas del cerebro humano, pero los cultivos celulares del tamaño de la punta de un bolígrafo contienen neuronas que son capaces de funciones similares al cerebro y forman una gran cantidad de conexiones.

Los científicos llaman a este fenómeno «inteligencia en un plato».

Esta imagen ampliada muestra un organoide cerebral producido en el laboratorio de Hartung. El cultivo se tiñó para mostrar las neuronas en púrpura, los núcleos celulares en azul y otras células de apoyo en rojo y verde.

El Dr. Thomas Hartung, profesor de salud ambiental e ingeniería en la Escuela de Salud Pública Johns Hopkins Bloomberg y la Escuela de Ingeniería Whiting en Baltimore, comenzó a cultivar organoides cerebrales alterando muestras de piel humana en 2012.

Él y sus colegas imaginan combinar el poder de los organoides cerebrales en una especie de dispositivo biológico más eficiente energéticamente que las supercomputadoras. Estas «biocomputadoras» emplearán redes de organoides cerebrales para revolucionar potencialmente las pruebas farmacéuticas para enfermedades como enfermedad de alzheimerProporciona una visión de la mente humana y cambia el futuro de la informática.

La investigación que describe el plan de inteligencia orgánica desarrollado por Hartung y sus colegas fue publicada en la revista el martes. fronteras en la ciencia.

«La informática y la inteligencia artificial están impulsando la revolución tecnológica, pero han llegado a un límite», dijo Hartung, autor principal del estudio, en un comunicado. «La biocomputación es un esfuerzo masivo para comprimir el poder computacional y aumentar su eficiencia más allá de nuestros límites tecnológicos actuales».

Cerebro humano versus inteligencia artificial

Si bien la IA se inspira en los procesos de pensamiento humano, la tecnología no puede replicar por completo todas las capacidades del cerebro humano. Esta brecha es la razón por la cual los humanos pueden usar una imagen o un captcha basado en texto, o la prueba de Turing genérica totalmente automatizada para diferenciar a las computadoras de los humanos, como una medida de seguridad en línea para demostrar que no son bots.

La prueba de Turing, también conocida como juego de imitación, fue desarrollada en 1950 por un matemático e informático británico. alan turing Evaluar cómo las máquinas muestran un comportamiento inteligente similar al humano.

Pero, ¿cómo se compara realmente una computadora con un cerebro humano?

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Una supercomputadora puede procesar grandes cantidades de números más rápido que un ser humano.

«Por ejemplo, AlphaGo (la IA que venció al jugador de Go número 1 del mundo en 2017) se entrenó con datos de 160.000 juegos», dijo Hartung. “Una persona tendría que jugar cinco horas al día durante más de 175 años para experimentar tantos juegos”.

Por otro lado, el cerebro humano es más eficiente energéticamente y mejor para aprender y tomar decisiones lógicas complejas. Algo tan básico como ser capaz de distinguir un animal de otro es una tarea que el cerebro humano puede hacer fácilmente y que una computadora no puede hacer.

Frontera $ 600 millones Supercomputadora en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge En Tennessee, pesa 8000 lb (3629 kg), y cada casillero pesa el equivalente a dos camionetas estándar. Hartung dijo que la máquina superó la capacidad computacional de un solo cerebro humano en junio, pero usó un millón de veces más energía.

«El cerebro aún no tiene comparación con las computadoras modernas», dijo Hartung.

“Los cerebros también tienen una capacidad asombrosa para almacenar información, estimada en 2.500 (terabytes)”, agregó. «Estamos llegando a los límites físicos de las computadoras de silicio porque no podemos colocar más transistores en un chip diminuto».

¿Cómo funciona una biocomputadora?

Los pioneros de las células madre John B. Gordon y Shinya Yamanaka Ganó el Premio Nobel en 2012 para desarrollar una tecnología que permite crear células a partir de tejidos completamente desarrollados como la piel. La investigación pionera ha permitido a científicos como Hartung desarrollar organoides cerebrales que se utilizan para imitar cerebros vivos y para probar e identificar medicamentos que pueden presentar riesgos para la salud del cerebro.

Hartung ha trabajado con organoides cerebrales durante años.

Hartung recuerda que otros investigadores le preguntaron si los organoides similares al cerebro podían pensar o alcanzar la conciencia. La pregunta lo llevó a considerar proporcionar información a los orgánulos sobre su entorno y cómo interactuar con ellos.

«Esto abre la puerta a la investigación sobre cómo funciona el cerebro humano», dijo Hartung, quien también es director adjunto del Centro de Alternativas a la Experimentación Animal en Europa. «Porque puedes empezar a manipular el sistema, a hacer cosas que éticamente no puedes hacer con mentes humanas».

Hartung define la inteligencia orgánica como «la reproducción de funciones cognitivas, como el aprendizaje y el procesamiento sensorial, en un modelo de laboratorio de un ser humano y el cerebro».

Los orgánulos cerebrales que Hartung está utilizando actualmente deben expandirse a OI, o inteligencia orgánica. Cada orgánulo contiene tantas células como se pueden encontrar en el sistema nervioso de una mosca de la fruta. a solo orgánico El cerebro humano es aproximadamente una a tres millonésima parte del tamaño del cerebro humano, lo que significa que es equivalente a unos 800 megabytes de espacio de almacenamiento de memoria.

«Son muy pequeños, cada uno contiene alrededor de 50.000 células. Para OI, necesitaríamos aumentar ese número a 10 millones», dijo.

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Los investigadores también necesitan formas de comunicarse con los orgánulos para enviarles información y recibir lecturas de lo que los organismos están «pensando». Los autores del estudio desarrollaron un plan que incorpora herramientas de bioingeniería y aprendizaje automático, junto con innovaciones novedosas. Permitir diferentes tipos de entradas y salidas a través de las redes de un organoide, escribieron los investigadores en el estudio, permitiría tareas más complejas.

Hemos desarrollado un archivo Dispositivo de interfaz cerebro-computadora Esta es una especie de tapa de electroencefalograma (EEG) para organoides, dijo Hartung, que presentamos en un artículo publicado en agosto pasado. «Es una capa flexible densamente cubierta con pequeños electrodos que pueden captar señales del organoide y transmitirle las señales».

Hartung espera que algún día haya un canal de comunicación útil entre AI y OI «que les permita a los dos explorar las capacidades del otro».

Maneras de usar IO

Los investigadores dijeron que las contribuciones más impactantes de la inteligencia orgánica pueden verse en la medicina humana.

Los organoides cerebrales se pueden desarrollar a partir de muestras de piel de pacientes con trastornos neurológicos, lo que permite a los científicos probar cómo les afectan diferentes fármacos y otros factores.

«Con OI, también podemos estudiar los aspectos cognitivos de los estados neurológicos», dijo Hartung. «Por ejemplo, podemos comparar la formación de la memoria en orgánulos derivados de personas sanas y de pacientes con Alzheimer, y tratar de corregir los déficits relativos. También podemos usar OI para probar si ciertas sustancias, como los pesticidas, causan problemas de memoria o de aprendizaje».

Los organoides cerebrales también podrían abrir una nueva forma de entender la cognición humana.

«Queremos comparar los organoides cerebrales de donantes de desarrollo típicos con los organoides cerebrales de donantes autistas», dijo en un comunicado Lena Smirnova, profesora asistente de salud ambiental e ingeniería en la Universidad Johns Hopkins.

«Las herramientas que estamos desarrollando hacia la biocomputación son las mismas herramientas que nos permitirán comprender los cambios en las redes neuronales del autismo, sin tener que usar animales o acceder a los pacientes, para que podamos comprender los mecanismos detrás de por qué los pacientes adquieren estas cogniciones, » ella dijo.

El uso de organoides cerebrales para crear inteligencia orgánica aún está en pañales. Desarrollar una OI comparable a una computadora con el poder cerebral de un ratón podría tomar décadas, dijo Hartung.

Pero ya hay resultados prometedores que muestran lo que es posible. El coautor del estudio, el Dr. Brett Kagan, director científico de Cortical Labs en Melbourne, Australia, y su equipo demostraron recientemente que Las células cerebrales pueden aprender a jugar al pongvideojuego.

«Su equipo ya está probando esto con organoides cerebrales», dijo Hartung. «Y yo diría que replicar este experimento con orgánulos realmente cumple con la definición básica de OI. De ahora en adelante, solo se trata de construir la comunidad, las herramientas y las técnicas para desarrollar todo el potencial de OI».

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Ética de los orgánulos cerebrales

La creación de organoides cerebrales capaces de funciones cognitivas plantea una serie de preocupaciones éticas, entre ellas si pueden desarrollar la conciencia o sentir dolor, y si aquellos cuyas células se usaron para fabricarlos tienen algún derecho sobre los organoides.

“Una parte clave de nuestra visión es desarrollar OI de una manera ética y socialmente responsable”, dijo Hartung. «Por esta razón, nos hemos asociado con especialistas en ética desde el principio para establecer el enfoque de ‘ética integrada’. Todos los problemas éticos serán evaluados de forma continua por equipos compuestos por científicos, especialistas en ética y generalistas, a medida que evolucione la investigación».

Involucrar al público en la comprensión y el desarrollo de la inteligencia orgánica es fundamental, escribe Julian Kinderler, profesor emérito de derecho de propiedad intelectual en la Universidad de Ciudad del Cabo en Sudáfrica, en una perspectiva política publicada por separado. Kinderlerer no participó en el nuevo estudio de OI.

«Estamos entrando en un mundo nuevo, donde la interacción entre humanos y construcciones humanas borra las distinciones», escribió Kinderler. «La sociedad no puede esperar pasivamente nuevos descubrimientos; debe involucrarse en identificar y resolver posibles dilemas éticos y garantizar que cualquier experimento se encuentre dentro de los límites éticos que aún no se han definido».

Mira la evolución Inteligencia artificial como ChatGPT Lo cerca que están las computadoras de pasar la prueba de Turing ha hecho que algunos se pregunten qué tan cerca están las computadoras de pasar la prueba de Turing, escribió en un artículo separado publicado el martes. Miller no participó en el estudio de Johns Hopkins.

Las redes de organoides cerebrales podrían usarse algún día para soportar biocomputadoras.

Si bien ChatGPT puede recopilar información de manera eficiente en Internet, no puede responder a un cambio de temperatura como lo hace un sistema celular cultivado, escribió.

«Los sistemas Metabrane pueden exhibir aspectos clave de la inteligencia y la conciencia», escribe Miller.

«Esto requiere un examen sólido de las implicaciones éticas de la tecnología, en el que deben incluirse especialistas en ética. Debemos asegurarnos de que cada paso del proceso se lleve a cabo con integridad científica, reconociendo que el mayor problema es el impacto potencial en la sociedad. OI desdibuja el línea entre la cognición humana y la inteligencia artificial, y la tecnología y la biología están avanzando a una velocidad que puede superar los debates éticos y morales necesarios. Este campo emergente debe y debe adoptar un enfoque vigoroso para abordar los problemas morales y éticos que conlleva este tipo avances científicos antes de que la tecnología se estrelle contra el abismo moral”.

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