Organoides cerebrales en miniatura que ‘leen’ Braille marcan un paso clave hacia la computación biohíbrida
MADRID, 16 Oct. –
Científicos de la Universidad de Bristol (Reino Unido) están experimentando con el uso de organoides modelados a partir del prosencéfalo humano para desarrollar computación biohíbrida de bajo consumo, según un artículo publicado en ‘Frontiers in Artificial Intelligence’.
Un primer paso crucial para lograrlo es determinar si los organoides pueden recibir y transmitir señales de manera confiable, lo cual un equipo de investigadores de Bristol investigó utilizando letras Braille. Descubrieron que grupos de tres organoides cerebrales producían señales que correspondían con precisión a diferentes letras el 83% de las veces.
«Podemos tomar información de un sensor táctil real, transformarla en un formato que una red neuronal viva pueda recibir y, a partir de la respuesta del organoide, recuperar información relevante. Esto nos ofrece una forma práctica de conectar sensores artificiales con sistemas neuronales biológicos, lo que representa una vía muy interesante hacia una computación más eficiente energéticamente», explica Tianyi Liu, candidata a doctorado en la Universidad de Bristol y primera autora del artículo.
Los sistemas biohíbridos probados por Liu y su equipo utilizan organoides cerebrales colocados sobre matrices de multielectrodos y contenidos en un sistema que los mantiene vivos y monitoriza sus respuestas. Estos organoides miden menos de un milímetro de diámetro y carecen de varias estructuras presentes en un cerebro humano, pero contienen alrededor de 10.000 neuronas, además de células de soporte. Las matrices de multielectrodos les permiten recibir señales eléctricas.
Primero, los científicos aplicaron un sensor que registra datos táctiles a las 26 letras del alfabeto Braille. Posteriormente, convirtieron estos datos en patrones de estimulación eléctrica y presentaron los organoides a los diferentes patrones para observar si generaban actividad neuronal que les permitiera identificar el estímulo recibido.
Los patrones de actividad neuronal de los organoides se clasificaron mediante un algoritmo sencillo de aprendizaje automático, una máquina de vectores de soporte, capaz de ordenar los patrones y detectar si las señales dadas correspondían a letras específicas. Un solo organoide produjo de forma consistente una señal que podía decodificarse con precisión como una letra aproximadamente el 61% de las veces. Sin embargo, tres organoides trabajando juntos produjeron una señal reconocible aproximadamente el 83% de las veces.
«Tras el procesamiento por parte de los organoides, los datos táctiles aún contienen información suficiente para clasificar las letras Braille con buena precisión. La combinación de los resultados de varios organoides también demostró una mejora en el rendimiento», aporta el doctor Benjamin Ward-Cherrier, de la Universidad de Bristol, autor principal del artículo.
POR QUÉ TRABAJAR CON VARIOS ORGANOIDES PUEDE MARCAR LA DIFERENCIA
Los investigadores aún no pueden determinar por qué tres organoides tuvieron un mejor rendimiento que uno solo; podría deberse a que la variación individual entre los organoides hace que se complementen entre sí.
«Los distintos organoides pueden tener conexiones de red, estados de desarrollo y actividad en curso ligeramente diferentes, por lo que la misma información puede producir respuestas similares, pero no idénticas», explica Liu.
Combinar esas respuestas puede brindarnos información complementaria que no obtendríamos de un solo organoide. Al mismo tiempo, si cada organoide se comporta de manera diferente, obviamente resulta más difícil construir un sistema predecible y estandarizado.
Para dificultar la tarea, los científicos aplicaron diferentes filtros de ruido a las señales de las letras Braille. También utilizaron la misma máquina de vectores de soporte para comparar la decodificación a partir de las respuestas de los organoides con la decodificación directa de las señales deliberadamente ocultas. La máquina que decodificaba directamente, sin la participación de los organoides, resultó ser más fácil de engañar que la que decodificaba a partir de las respuestas de los organoides, ya que tenía menos capacidad para identificar las señales de las letras entre el ruido artificial.
EL RETO PENDIENTE: DEMOSTRAR SI LOS ORGANOIDES PUEDEN APRENDER
Los científicos recalcan que estos experimentos no demuestran si los organoides pueden aprender con el tiempo; simplemente demuestran que los organoides recibieron y respondieron a las señales Braille.
«Demostramos que la información táctil podía codificarse, procesarse mediante los organoides y decodificarse, pero no demostramos aprendizaje ni cambios a largo plazo en ellos», matiza Liu.
«También probamos una tarea táctil utilizando un esquema de codificación fijo y una medida relativamente simple de la actividad neuronal. El siguiente paso es, sin duda, ir más allá del Braille; nos interesan aspectos como las texturas, los bordes y los diferentes tipos de tacto, y, finalmente, las tareas de bucle cerrado en las que el organoide recibe retroalimentación de sus acciones. Esto nos permitiría empezar a investigar si el organoide puede adaptarse realmente a través de la experiencia», concluye.
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