Un equipo de investigadores de la Universidad de Massachusetts Amherst ha logrado un avance significativo en la creación de neuronas artificiales que pueden imitar el funcionamiento de las neuronas biológicas. Estas nuevas neuronas tienen la capacidad de aprender y comunicarse mediante señales químicas y eléctricas, lo que abre la posibilidad de tratamientos innovadores para enfermedades como el Alzheimer.
Las neuronas son células altamente eficientes en el procesamiento de información. Sin embargo, los intentos previos de replicarlas artificialmente no habían logrado igualar su eficacia. Según Shuai Fu, estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica y computacional y uno de los autores del estudio publicado recientemente en la revista Nature Communications, el cerebro humano utiliza una cantidad de energía sorprendentemente baja en comparación con los modelos de inteligencia artificial actuales, como ChatGPT.
Los investigadores sostienen que el cuerpo humano es más de 100 veces más eficiente en términos eléctricos que un circuito de computadora convencional. Esto implica que, mientras el cerebro puede consumir alrededor de 20 vatios para realizar tareas simples, un modelo de inteligencia artificial podría necesitar más de un millón de vatios para lograr lo mismo.
El secreto detrás de esta nueva neurona artificial es un nanohilo de proteína, creado a partir de la bacteria Geobacter sulfurreducens, un microorganismo capaz de generar electricidad. Los científicos han diseñado su neurona artificial alrededor de un memristor, que es un resistor con memoria, utilizando estos nanohilos para disminuir drásticamente el voltaje requerido para su funcionamiento.
La nueva neurona opera con tan solo 60 milivoltios y corrientes de 1,7 nanoamperios, cifras que son comparables a las de las neuronas naturales. Jun Yao, profesor asociado de ingeniería eléctrica y computacional y autor principal del estudio, señala que las versiones anteriores de neuronas artificiales consumían diez veces más voltaje y cien veces más energía que la neurona desarrollada por su equipo.
Para demostrar el funcionamiento de su célula sintética, los investigadores integraron sensores que pueden rastrear sustancias químicas específicas como iones de sodio y dopamina, alterando el comportamiento eléctrico del circuito en función de lo que detectan. Este proceso, conocido como neuromodulación, permite a las neuronas biológicas ajustar su funcionamiento según el entorno químico.
El equipo también realizó pruebas conectando su neurona artificial a células cardíacas humanas vivas, logrando que la neurona electrónica leyera su actividad y capturara cómo estas células modificaban su ritmo al recibir norepinefrina, un medicamento comúnmente utilizado en cardiología. Este avance marca un hito en la integración de la electrónica con tejidos vivos.
A pesar de los resultados prometedores, los científicos advierten que la neurona sintética es, por el momento, un prototipo que opera en condiciones controladas y aún se necesita tiempo para que funcione en un organismo vivo. Sin embargo, este descubrimiento representa un gran salto tecnológico, al ofrecer la posibilidad de conectar lo electrónico con lo biológico de manera eficiente en términos de energía.
Este avance podría transformar la forma en que funcionan las computadoras, haciéndolas más similares al cerebro humano, y proporcionar soluciones para reparar circuitos neuronales dañados por condiciones como el Alzheimer o el Parkinson. Además, podría mejorar las interfaces cerebro-computadora y desarrollar biosensores que monitoreen la respuesta celular a tratamientos en tiempo real.
Como concluye Yao, los sistemas electrónicos de detección actuales son relativamente ineficientes y requieren amplificación eléctrica para que una computadora pueda analizarlos. Sin embargo, los sensores construidos con estas neuronas artificiales de bajo voltaje podrían eliminar la necesidad de esta amplificación, lo que reduciría tanto el consumo de energía como la complejidad del circuito.
