En un laboratorio a las afueras de Cambridge se encuentra una notable «computadora biológica». Sus 200,000 células cerebrales humanas, cultivadas en el laboratorio, se encuentran en circuitos de silicio que comunican su actividad eléctrica sincronizada en una pantalla al mundo exterior.
El dispositivo CL1, aproximadamente del tamaño de dos cajas de zapatos, fue desarrollado por los laboratorios corticales de inicio australianos con los bits del Reino Unido.
«Al igual que nuestros cerebros, las computadoras biológicas consumirán muchos órdenes de magnitud menos energía que la electrónica convencional a medida que procesan información. Las aplicaciones futuras podrían incluir robótica, seguridad y el metaverso», dijo el presidente ejecutivo de Cortical Labs, Hon Weng Chong, a The Financial Times.
La búsqueda de rápido crecimiento de alternativas a la electrónica convencional intensiva en energía ha estimulado el nuevo campo de computación biológicaEl cual tiene como objetivo aprovechar directamente la inteligencia de las células cerebrales en lugar de simularlo en silicio a través del procesamiento «neuromórfica» y la IA.
Cortical Labs está a la vanguardia de este movimiento, aunque los grupos académicos y otras nuevas empresas, como el grupo final suizo, el parque y la caja negra biológica en los Estados Unidos también están progresando.
Las primeras aplicaciones de CL1 están en la neurociencia y la investigación farmacéutica, descubriendo cómo los diferentes productos químicos y candidatos a los medicamentos afectan el procesamiento de la información de las células cerebrales.
«Las próximas etapas de innovación harán posibles formas de cálculo nuevas y más avanzadas más allá de los sistemas de IA convencionales, utilizando los mismos procesadores, las neuronas, que sustentan la inteligencia en los organismos vivos», agregó Chong.
Para Mark Kotter, profesor de neurociencia clínica en la Universidad de Cambridge y bit.bio Fundador, la importancia de CL1 «es que es la primera máquina que puede evaluar de manera confiable el poder de cálculo de las células cerebrales. Ese es un cambio de paradigma real».
Los expertos señalaron que CL1 era un «logro notable», que ha ayudado a avanzar en el incipiente campo de computación biológica.
Karl Friston, profesor de neurociencia en el University College London que también ha colaborado académicamente con varios científicos de los laboratorios corticales, dijo que podría considerarse como la primera computadora biomimética disponible comercialmente.
«Sin embargo, el verdadero regalo de esta tecnología no es la informática, en este momento. Más bien, es una tecnología habilitadora que permite a los científicos realizar experimentos en un pequeño cerebro».
Profesor Thomas Hartung de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, que está investigando «Inteligencia organoide» Usando organoides cerebrales o mini-cerebros cultivados a partir de células madre, dijo que la excelente contribución de los laboratorios corticales era desarrollar juegos virtuales que jueguen como un punto de referencia para la computación biológica.
El predecesor de CL1, llamado Disqurain, aprendió a jugar el simple videojuego Pong, en el que movió una paleta virtual hacia arriba y hacia abajo para desviar una pelota.
El entrenamiento implicó dar a las neuronas un estímulo de «recompensa» cuando movieron la paleta correctamente, aplicando actividad eléctrica en forma de onda sinusoidal, que les gusta a las células. El «castigo» cuando se equivocaron fue el ruido blanco desagradable.
Los experimentos con Disqurain y CL1 muestran cómo las diferentes condiciones afectan el procesamiento de la información de las neuronas, medidas por lo bien que juegan pong. «Los hemos tratado con productos químicos que tienen un impacto en nuestros cerebros», dijo Bit.Bio’s Kotter. «Esta máquina muestra, por ejemplo, que el alcohol degrada su capacidad para calcular».
Otro experimento comparó el efecto de tres tratamientos de epilepsia y descubrió que uno de ellos, la carbamazepina, fue superior en la mejora de las métricas del juego.
«Estamos pensando mucho en cómo programar nuestras computadoras biológicas», dijo Chong. «Una gran pregunta es cómo representamos información digital a estas neuronas». Los científicos están enseñando a las neuronas las formas de los dígitos, agregó: «Y ahora están comenzando a reconocer que un nueve es diferente de un cuatro o cinco».
Laboratorios y bit corticales. Bio coloca capas puras de dos tipos específicos de neurona en los circuitos de silicio de la biocomputadora CL1, una para excitar la actividad eléctrica y el otro para humedecer. «El equilibrio entre aceleración y frenos es realmente importante», dijo Chong. Las neuronas se cultivan a partir de células madre derivadas originalmente de la piel humana.
Otros, como el parque final de Suiza, están explorando la computación biológica con organoides cerebrales. Pero bit.bio y los laboratorios corticales creen que sus capas de neuronas estandarizadas darán resultados más reproducibles que los organoides.
«Nuestras neuronas se ven muy homogéneas», dijo Tony Oosterveen, quien lidera las células cerebrales de Bio. «Si observa otras tecnologías, verá una gran variación. Nuestra fuerza es hacer poblaciones puras».
Cualquiera que sea la promesa a largo plazo de biocomputación, sus defensores admiten que la adopción para aplicaciones más generales y la IA se encuentran décadas en el futuro. Un problema es resolver un sistema de programación eficiente.
Otra es que las neuronas pueden vivir solo durante unos meses en un CL1, sostenida por un flujo de líquido constante para suministrar nutrientes y eliminar productos de desecho.
«Una desventaja de un sistema como este es que aún no hemos funcionado cómo hacer transferencia de memoria», dijo Chong. «Una vez que el sistema muere, debe comenzar desde cero nuevamente».
Chong es consciente de las preocupaciones éticas que podrían surgir en el futuro si las computadoras biológicas y los cultivos de neuronas desarrollan los rudimentos de la conciencia.
En la actualidad, dijo: «Estos sistemas son sensibles porque responden a los estímulos y aprenden de ellos, pero no son conscientes. Aprenderemos más sobre cómo funciona el cerebro humano, pero no tenemos la intención de crear un cerebro en un IVA».
