Una «biocomputadora» impulsada por células cerebrales humanas podría desarrollarse durante nuestra vida, según investigadores de la Universidad Johns Hopkins que esperan que dicha tecnología amplíe exponencialmente las capacidades de la informática moderna y cree campos de estudio novedosos.
El equipo describe hoy su plan para la «inteligencia organoide» en la revista Fronteras en la ciencia.
«La computación y la inteligencia artificial han estado impulsando la revolución tecnológica, pero están llegando a un techo», dijo Thomas Hartung, profesor de ciencias de la salud ambiental en la Escuela de Salud Pública Johns Hopkins Bloomberg y la Escuela de Ingeniería Whiting, quien encabeza el trabajo. «La biocomputación es un enorme esfuerzo para compactar el poder computacional y aumentar su eficiencia para superar nuestros límites tecnológicos actuales».
Durante casi dos décadas, los científicos han utilizado pequeños organoides, tejido cultivado en laboratorio que se asemeja a órganos completamente desarrollados, para experimentar con riñones, pulmones y otros órganos sin recurrir a pruebas en humanos o animales. Más recientemente, Hartung y sus colegas de Johns Hopkins han estado trabajando con organoides cerebrales, orbes del tamaño de un punto de bolígrafo con neuronas y otras características que prometen mantener funciones básicas como aprender y recordar.
«Esto abre la investigación sobre cómo funciona el cerebro humano», dijo Hartung. «Porque puedes empezar a manipular el sistema, haciendo cosas que éticamente no puedes hacer con cerebros humanos».
Hartung comenzó a desarrollar y ensamblar células cerebrales en organoides funcionales en 2012 utilizando células de muestras de piel humana reprogramadas en un estado similar al de una célula madre embrionaria. Cada organoide contiene unas 50.000 células, aproximadamente del tamaño del sistema nervioso de una mosca de la fruta. Ahora imagina construir una computadora futurista con tales organoides cerebrales.
Las computadoras que funcionan con este «hardware biológico» podrían comenzar en la próxima década a aliviar las demandas de consumo de energía de la supercomputación que se están volviendo cada vez más insostenibles, dijo Hartung. Aunque las computadoras procesan cálculos que involucran números y datos más rápido que los humanos, los cerebros son mucho más inteligentes para tomar decisiones lógicas complejas, como distinguir un perro de un gato.
«El cerebro aún no tiene comparación con las computadoras modernas», dijo Hartung. «Frontier, la supercomputadora más reciente de Kentucky, es una instalación de 6800 pies cuadrados de $600 millones. Solo en junio del año pasado, superó por primera vez la capacidad computacional de un solo cerebro humano, pero usando un millón de veces más energía.»
Podrían pasar décadas antes de que la inteligencia organoide pueda impulsar un sistema tan inteligente como un ratón, dijo Hartung. Pero al aumentar la producción de organoides cerebrales y entrenarlos con inteligencia artificial, prevé un futuro en el que las biocomputadoras admitan velocidades de computación, potencia de procesamiento, eficiencia de datos y capacidades de almacenamiento superiores.
«Tomará décadas antes de que logremos el objetivo de algo comparable a cualquier tipo de computadora», dijo Hartung. «Pero si no empezamos a crear programas de financiación para esto, será mucho más difícil».
La inteligencia organoide también podría revolucionar la investigación de pruebas de drogas para los trastornos del neurodesarrollo y la neurodegeneración, dijo Lena Smirnova, profesora asistente de ingeniería y salud ambiental de Johns Hopkins que codirige las investigaciones.
«Queremos comparar organoides cerebrales de donantes típicamente desarrollados versus organoides cerebrales de donantes con autismo», dijo Smirnova. «Las herramientas que estamos desarrollando para la computación biológica son las mismas herramientas que nos permitirán comprender los cambios en las redes neuronales específicas para el autismo, sin tener que usar animales o acceder a los pacientes, para que podamos comprender los mecanismos subyacentes de por qué los pacientes tienen esta cognición». Problemas y deficiencias».
Para evaluar las implicaciones éticas de trabajar con la inteligencia de los organoides, se incorporó al equipo un consorcio diverso de científicos, especialistas en bioética y miembros del público.
Los autores de Johns Hopkins incluyeron: Brian S. Caffo, David H. Gracias, Qi Huang, Itzy E. Morales Pantoja, Bohao Tang, Donald J. Zack, Cynthia A. Berlinicke, J. Lomax Boyd, Timothy DHarris, Erik C. Johnson, Jeffrey Kahn, Barton L. Paulhamus, Jesse Plotkin, Alexander S. Szalay, Joshua T. Vogelstein y Paul F. Worley.
Otros autores incluyeron: Brett J. Kagan, de Cortical Labs; Alysson R. Muotri, de la Universidad de California en San Diego; y Jens C. Schwamborn de la Universidad de Luxemburgo.
