Investigadores de la Universidad John Hopkins y Cortical Labs sugieren que es hora de crear un nuevo tipo de computadora que use componentes biológicos. Creen que las computadoras biológicas pueden superar a las computadoras electrónicas en ciertas aplicaciones y usar mucha menos electricidad.
El futuro de la computación incluye la biología, dice un equipo internacional de científicos.
Ha llegado el momento de crear un nuevo tipo de computadora, dicen los investigadores de la Universidad John Hopkins, junto con el Dr. Brett Kagan, científico jefe de Cortical Labs en Melbourne, quien recientemente dirigió el desarrollo del proyecto DishBrain, en el que las células humanas en una placa de Petri aprendieron a jugar Pong.
En un artículo publicado el 27 de febrero en Frontiers in Science, el equipo describe cómo las computadoras biológicas pueden superar a las computadoras electrónicas actuales para ciertas aplicaciones mientras usan una pequeña fracción de la electricidad requerida por las computadoras y las granjas de servidores actuales.
La inteligencia organoide (OI) es un campo científico emergente que tiene como objetivo crear biocomputadoras en las que los organoides cerebrales cultivados en laboratorio sirvan como «hardware biológico». En su artículo, publicado en Frontiers in Science, Smirnova et al. describen la estrategia multidisciplinaria necesaria para perseguir esta visión: desde organoides de próxima generación y tecnologías de interfaz cerebro-computadora hasta nuevos algoritmos de aprendizaje automático e infraestructuras de big data.
Están comenzando por hacer pequeños grupos de 50,000 células cerebrales cultivadas a partir de células madre y conocidas como organoides. Eso es aproximadamente un tercio del tamaño del cerebro de una mosca de la fruta. Están apuntando a 10 millones de neuronas, que sería aproximadamente la cantidad de neuronas en el cerebro de una tortuga. En comparación, el cerebro humano promedio tiene más de 80 mil millones de neuronas.
El artículo destaca cómo el cerebro humano continúa superando a las máquinas en tareas específicas. Los humanos, por ejemplo, pueden aprender a distinguir entre dos tipos de objetos (como un perro y un gato) usando solo unas pocas muestras, mientras que los algoritmos de IA necesitan muchos miles. Y aunque la IA venció al campeón mundial de Go en 2016, se entrenó con datos de 160 000 juegos, el equivalente a jugar cinco horas al día durante más de 175 años.
Organoide cerebral. Crédito: Universidad Johns Hopkins
Los cerebros también son más eficientes energéticamente. Se cree que nuestro cerebro es capaz de almacenar el equivalente a más de un millón de veces la capacidad de una computadora doméstica promedio (2,5 petabytes), utilizando el equivalente a unos pocos vatios de energía. Las granjas de datos de EE. UU., por otro lado, usan más de 15,000 megavatios al año, gran parte de ellos generados por docenas de centrales eléctricas de carbón.
En el artículo, los autores describen su plan para la «inteligencia organoide» u OI, con organoides cerebrales cultivados en cultivo celular. Aunque los organoides cerebrales no son «mini-cerebros», comparten aspectos clave de la función y estructura del cerebro. Los organoides tendrían que expandirse dramáticamente de alrededor de 50,000 células actualmente. «Para OI, necesitaríamos aumentar este número a 10 millones», dice el autor principal Prof. Thomas Hartung de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore.
Dr. Brett Kagan. Crédito: laboratorios corticales
Brett y sus colegas de Cortical Labs ya han demostrado que las biocomputadoras basadas en células cerebrales humanas son posibles. Un artículo reciente en Neuron mostró que un cultivo plano de células cerebrales podría aprender a jugar el videojuego Pong.
«Hemos demostrado que podemos interactuar con las neuronas biológicas vivas de una manera que las obliga a modificar su actividad, lo que lleva a algo que se asemeja a la inteligencia», dice Kagan sobre el juego relativamente simple de Pong DishBrain. “Al trabajar con el equipo de personas increíbles reunidas por el profesor Hartung y sus colegas para esta colaboración de Organoid Intelligence, Cortical Labs ahora busca replicar este trabajo con organoides cerebrales”.
“Yo diría que replicar [Cortical Labs’] El experimento con organoides ya cumple con la definición básica de OI”, dice Thomas.
“A partir de aquí, solo se trata de construir la comunidad, las herramientas y las tecnologías para desarrollar todo el potencial de OI”, dijo.
“Este nuevo campo de la biocomputación promete avances sin precedentes en la velocidad informática, la potencia de procesamiento, la eficiencia de los datos y las capacidades de almacenamiento, todo con menos requisitos de energía”, dice Brett. “El aspecto particularmente emocionante de esta colaboración es el espíritu abierto y colaborativo en el que se formó. Reunir a estos expertos dispares no solo es vital para optimizar el éxito, sino que también proporciona un punto de contacto crítico para la colaboración de la industria”.
Y la tecnología también podría permitir a los científicos estudiar mejor los organoides cerebrales personalizados cultivados a partir de la piel o pequeñas muestras de sangre de pacientes que padecen trastornos neuronales como la enfermedad de Alzheimer, y realizar pruebas para investigar cómo los factores genéticos, las drogas y las toxinas influyen en estas afecciones.
Para obtener más información sobre esta investigación, consulte Biocomputadoras revolucionarias impulsadas por células cerebrales humanas.
Referencia: «Inteligencia organoide (OI): la nueva frontera en biocomputación e inteligencia en un plato» por Lena Smirnova, Brian S. Caffo, David H. Gracias, Qi Huang, Itzy E. Morales Pantoja, Bohao Tang, Donald J. Zack , Cynthia A. Berlinicke, J. Lomax Boyd, Timothy D. Harris, Erik C. Johnson, Brett J. Kagan, Jeffrey Kahn, Alysson R. Muotri, Barton L. Paulhamus, Jens C. Schwamborn, Jesse Plotkin, Alexander S. Szalay, Joshua T. Vogelstein, Paul F. Worley y Thomas Hartung, 27 de febrero de 2023, Frontiers in Science.
DOI: 10.3389/fsci.2023.1017235
