Crean las primeras neuronas artificiales que se comunican directamente con células vivas

Este avance, basado en nanocables de proteínas bacterianas, abre la puerta a computadoras de una eficiencia sin precedentes y a dispositivos electrónicos que puedan interactuar directamente con el cuerpo humano.

Crédito: Jun Yao.

Un equipo de ingenieros de la Universidad de Massachusetts (UMass) Amherst ha anunciado la creación de una neurona artificial cuyas funciones eléctricas imitan fielmente a las biológicas. Basándose en su innovador trabajo previo con nanocables de proteínas sintetizados a partir de bacterias generadoras de electricidad, el descubrimiento del equipo podría dar paso a computadoras inmensamente eficientes construidas sobre principios biológicos y capaces de interactuar directamente con células vivas.

«Nuestro cerebro procesa una cantidad enorme de datos», explica Shuai Fu, estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica e informática en UMass Amherst y autor principal del estudio publicado en Nature Communications. «Pero su consumo de energía es muy, muy bajo, especialmente si se compara con la cantidad de electricidad que se necesita para hacer funcionar un Modelo de Lenguaje Grande (LLM), como ChatGPT».

El cuerpo humano es más de 100 veces más eficiente eléctricamente que un circuito de computadora. Mientras que el cerebro humano utiliza solo unos 20 vatios para realizar una tarea compleja como escribir una historia, un LLM puede consumir más de un megavatio de electricidad para hacer lo mismo.

El diagrama ilustra la construcción de neuronas artificiales con parámetros que coinciden con los valores biológicos. Se observa el montaje de un sistema de detección de malla ultra-flexible (A-D) sobre células cardíacas vivas. Las señales eléctricas (E) de las células se envían a la neurona artificial, la cual permanece inactiva hasta que la frecuencia cardíaca aumenta (F) después de la aplicación de norepinefrina. Este experimento confirma la comunicación directa y funcional entre la electrónica artificial y los tejidos vivos. Crédito: S. Fu et al., Nat. Comm., 2025.

Aunque los ingenieros llevan tiempo explorando el uso de neuronas artificiales para crear ordenadores más eficientes, el gran obstáculo siempre ha sido mantener su voltaje lo suficientemente bajo. «Versiones anteriores de neuronas artificiales utilizaban 10 veces más voltaje y 100 veces más potencia que la que hemos creado», afirma Jun Yao, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en UMass Amherst y autor sénior del estudio. Esto significaba que los intentos previos no solo eran ineficientes, sino que tampoco podían conectarse directamente a las neuronas vivas, que se verían dañadas por una amplitud de voltaje tan elevada.

«La nuestra registra solo 0.1 voltios, que es aproximadamente lo mismo que las neuronas de nuestro cuerpo», añade Yao.

Una bacteria como ingrediente secreto

Las aplicaciones para esta nueva neurona son muy amplias, desde el rediseño de computadoras bajo principios bioinspirados y mucho más eficientes, hasta dispositivos electrónicos que podrían «hablar» directamente con nuestro cuerpo.

«Actualmente tenemos todo tipo de sistemas de sensores electrónicos portátiles, pero son comparativamente aparatosos e ineficientes», comenta Yao. «Cada vez que detectan una señal de nuestro cuerpo, tienen que amplificarla eléctricamente para que una computadora pueda analizarla. Ese paso intermedio de amplificación aumenta tanto el consumo de energía como la complejidad del circuito, pero los sensores construidos con nuestras neuronas de bajo voltaje podrían prescindir por completo de la amplificación».

El ingrediente secreto en esta neurona de bajo consumo es un nanocable de proteína sintetizado a partir de la notable bacteria Geobacter sulfurreducens, que posee la extraordinaria capacidad de producir electricidad. Yao y sus colegas ya han utilizado estos nanocables de proteínas para diseñar una serie de dispositivos de alta eficiencia, como una biopelícula que se alimenta del sudor para dar energía a aparatos electrónicos personales, una «nariz electrónica» capaz de detectar enfermedades, y un dispositivo que puede generar electricidad a partir del aire.

Fuente: UMass. Edición: MP.