Un equipo multidisciplinario de científicos está trabajando para crear biocomputadoras revolucionarias donde cultivos tridimensionales de células cerebrales, llamados organoides cerebrales, sirven como hardware biológico.

Interpretación artística. Crédito: MysteryPlanet.com.ar.

«Llamamos a este nuevo campo interdisciplinario “inteligencia organoide” (IO), dijo el profesor Thomas Hartung de la Universidad Johns Hopkins. «Creemos que el desarrollo de esta tecnología lanzará una nueva era de biocomputación rápida, potente y eficiente».

Aunque los organoides cerebrales cultivados en laboratorio a partir de células madre no son propiamente  «minicerebros», comparten aspectos clave de la función y la estructura del mismo, como las neuronas y otras células cerebrales que son esenciales para funciones cognitivas como el aprendizaje y la memoria. Además, mientras que la mayoría de los cultivos celulares son planos, los organoides tienen una estructura tridimensional. Esto aumenta la densidad celular del cultivo 1000 veces, lo que significa que las neuronas pueden formar muchas más conexiones.

Pero incluso si los organoides cerebrales son una buena imitación de los cerebros, ¿por qué harían buenas computadoras? Después de todo, ¿no son las computadoras más inteligentes y rápidas que el cerebro?

Una imagen ampliada de un organoide cerebral cultivado en laboratorio con etiquetado fluorescente para diferentes tipos de células. (Rosa - neuronas; rojo - oligodendrocitos; verde - astrocitos; azul - todos los núcleos celulares). Crédito: Thomas Hartung, Johns Hopkins University.

«Si bien las computadoras basadas en silicio son ciertamente mejores con los números, los cerebros son mejores para aprender», explicó Hartung. «Por ejemplo, AlphaGo (la IA que venció al jugador de Go número uno del mundo en 2017) fue entrenada con datos de 160,000 juegos. A una persona tendría que jugar cinco horas al día durante más de 175 años para experimentar tantos juegos».

Los cerebros no solo son mejores aprendices, también son más eficientes energéticamente. Por ejemplo, la cantidad de energía gastada entrenando AlphaGo es más de la necesaria para mantener a un adulto activo durante una década.

«Los cerebros también tienen una capacidad asombrosa para almacenar información, estimada en 2500 TB», precisó Hartung. «Estamos llegando a los límites físicos de las computadoras de silicio porque no podemos empaquetar más transistores en un chip diminuto. Pero el cerebro está conectado de manera completamente diferente. Tiene alrededor de 100 mil millones de neuronas conectadas a través de más de 1015 puntos de conexión. Es una enorme diferencia de potencia en comparación con nuestra tecnología actual».

¿Cómo serían las biocomputadoras de inteligencia organoide?

Según Hartung, los organoides cerebrales actuales deben ampliarse para la IO. «Son demasiado pequeños, cada uno contiene alrededor de 50.000 células. Para la IO, necesitaríamos aumentar este número a 10 millones», explicó.

Paralelamente, los autores también están desarrollando tecnologías para comunicarse con los organoides —en otras palabras, para enviarles información y leer lo que están «pensando»—. Los autores planean adaptar herramientas de varias disciplinas científicas, como la bioingeniería y el aprendizaje automático, así como diseñar nuevos dispositivos de estimulación y grabación.

Crédito: Frontiers/John Hopkins University.

«Desarrollamos un dispositivo de interfaz cerebro-computadora que es una especie de gorra EEG para organoides, que presentamos en un artículo publicado en agosto pasado. Es una capa flexible que está densamente cubierta con pequeños electrodos que pueden captar señales del organoide y transmitirlas», dijo Hartung.

Los autores prevén que eventualmente la IO integraría una amplia gama de herramientas de estimulación y registro. Estas orquestarán interacciones a través de redes de organoides interconectados que implementan cálculos más complejos.

La IO en la medicina

La promesa de IO va más allá de la informática y llega a la medicina. Gracias a una técnica innovadora desarrollada por los premios Nobel John Gurdon y Shinya Yamanaka, se pueden producir organoides cerebrales a partir de tejidos adultos. Esto significa que los científicos pueden desarrollar organoides cerebrales personalizados a partir de muestras de piel de pacientes que padecen trastornos neuronales, como la enfermedad de Alzheimer. Luego pueden realizar múltiples pruebas para investigar cómo los factores genéticos, los medicamentos y las toxinas influyen en estas condiciones.

Crédito: Frontiers/John Hopkins University.

«Con la IO también podríamos estudiar los aspectos cognitivos de las condiciones neurológicas», señaló Hartung. «Por ejemplo, podríamos comparar la formación de memoria en organoides derivados de personas sanas y de pacientes con Alzheimer, y tratar de reparar los déficits relativos. También podríamos usar la IO para probar si ciertas sustancias, como los pesticidas, causan problemas de memoria o de aprendizaje».

Consideraciones éticas

La creación de organoides cerebrales humanos que puedan aprender, recordar e interactuar con su entorno plantea cuestiones éticas complejas. Por ejemplo, ¿podrían desarrollar conciencia, incluso en forma rudimentaria? ¿Podrían experimentar dolor o sufrimiento? ¿Y qué derechos tendrían las personas con respecto a los organoides cerebrales hechos a partir de sus células?

Los autores son muy conscientes de estos problemas.

Frontiers/John Hopkins University.

«Una parte clave de nuestra visión es desarrollar la IO de una manera ética y socialmente responsable», se lee en el estudio publicado en la revista Frontiers in Science. «Por esta razón, nos hemos asociado con especialistas en ética desde el principio para establecer un enfoque de “ética integrada”. Todos los problemas éticos serán evaluados continuamente por equipos compuestos por científicos, especialistas en ética y el público, a medida que evolucione la investigación».

¿Qué tan lejos estamos de la primera inteligencia organoide?

Aunque la IO todavía está en sus inicios, un estudio publicado recientemente por uno de los coautores del artículo, el Dr. Brett Kagan de Cortical Labs, proporciona una prueba de concepto al demostrar que un cultivo de células cerebrales planas y normales puede aprender a jugar al videojuego Pong.

«Su equipo ya está probando esto con organoides cerebrales. Y diría que replicar este experimento con organoides ya cumple con la definición básica de la IO. De aquí en adelante, solo se trata de construir la comunidad, las herramientas y las tecnologías para desarrollar todo el potencial de la IO», concluyó Hartung.

Fuente: EurekAlert. Edición: MP.