Fabrican un ordenador biológico con una mezcla de agua y sal

Un equipo de físicos teóricos de la Universidad de Utrech, junto con físicos experimentales de la Universidad Sogang de Corea del Sur, han demostrado que es posible construir un sistema similar al cerebro humano, lo que supone un importante paso adelante en la computación neuromórfica iontrónica. Esta sinapsis artificial funciona con agua y sal y proporciona la primera evidencia de que un sistema que utiliza el mismo medio que nuestro cerebro es capaz de procesar información compleja.

¿Imitando al cerebro humano?

Nuestro cerebro es una máquina compleja que funciona de forma muy eficiente y para imitar las extraordinarias capacidades de nuestro cerebro humano, los científicos están intentando desarrollar nuevos ordenadores en aras de mejorar la eficiencia energética de los ordenadores actuales, ya que nuestros cerebros solo necesitan agua y partículas de sal disueltas llamadas iones. Las sinapsis del cerebro, que son las uniones entre neuronas donde se transmite y procesa la información que se transporta, lo hacen utilizando iones, átomos o moléculas cargados eléctricamente, disueltos en agua.

Los ordenadores no están construidos como cerebros; necesitan hardware, pero ¿podrían? ¿Te imaginas un ordenador convencional que funcione solo con agua y sal? Esta intrigante posibilidad se encuentra en el corazón del floreciente campo de la computación neuromórfica iontrónica.

Memristor iontrónico

El nuevo estudio, publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences demuestra que también es posible generar una sinapsis artificial usando igualmente solo agua y sales.

«Si bien ya existen sinapsis artificiales capaces de procesar información compleja basada en materiales sólidos, ahora demostramos por primera vez que esta hazaña también se puede lograr usando agua y sal», explicóTim Kamsma, investigador graduado de la Universidad de Utrecht y autor principal del trabajo. «Estamos replicando eficazmente el comportamiento neuronal utilizando un sistema que emplea el mismo medio que el cerebro».

¿Un ordenador iontrónico?

La ciencia lleva mucho tiempo reflexionando sobre cómo construir un sistema artificial que refleje la funcionalidad del cerebro humano. El dispositivo, denominado memristor iontrónico, «recuerda» cuánta carga eléctrica ha fluido previamente a través de él, acercándonos a generar sistemas artificiales capaces de imitar los ‘superpoderes’ del cerebro humano. Se trata de una pequeña sinapsis que medía 150 por 200 micrómetros (por comparar, un mechón de cabello humano tiene un diámetro de 100 micrómetros).

¿Cómo funciona? El dispositivo consta de un microcanal en forma de cono lleno de una solución de agua y sal y, al recibir impulsos eléctricos, los iones dentro del líquido migran a través del canal, lo que provoca alteraciones en la concentración de iones. Según la intensidad (o duración) del impulso, la conductividad del canal se ajusta, reflejando el fortalecimiento o debilitamiento de las conexiones entre neuronas. El cambio en la forma en que la sinapsis conduce la electricidad se puede medir y decodificar para comprender cuál fue la señal de entrada, que representa una especie de memoria. 

«Esto sugiere la posibilidad de adaptar los canales para retener y procesar información durante diferentes duraciones, similar a los mecanismos sinápticos observados en nuestro cerebro», aclara Kamsma.

Estamos en las primeras etapas de este dispositivo y de la iontrónica como ciencia en progreso en general. Obviamente, no se trata de un ordenador que funcione como tal, pero muestra que podría ser posible fabricar un dispositivo similar a un ordenador que no solo tenga sinapsis, sino que también tenga sinapsis que se comporten como las nuestras. Al fin y al cabo, las neuronas del cerebro humano también emiten señales eléctricas.

«Representa un avance crucial hacia computadoras capaces no sólo de imitar los patrones de comunicación del cerebro humano sino también de utilizar el mismo medio. Quizás esto, en última instancia, allane el camino para sistemas informáticos que reproduzcan más fielmente las extraordinarias capacidades del cerebro humano», concluye el experto.

El cerebro humano es el epítome de la complejidad y sofisticación del mundo natural. No sólo coordina las funciones básicas de la vida, sino que también nos permite interpretar e interactuar con el mundo que nos rodea. Comprender el funcionamiento del cerebro es similar a desentrañar un profundo misterio, repleto de procesos intrincados e interacciones dinámicas. Y es que nuestro órgano pensante es un órgano de exquisita arquitectura, dividido en varias partes, cada una con funciones específicas. La parte más grande, el cerebro, está dividido en dos hemisferios y es responsable de integrar la información sensorial y coordinar los movimientos voluntarios. Es la sede del razonamiento, las emociones, el aprendizaje y la memoria. El cerebelo, ubicado debajo del cerebro, mantiene el equilibrio y coordina movimientos complejos. El tronco encefálico, que conecta el cerebro con la médula espinal, controla funciones esenciales para la supervivencia, como la respiración, la frecuencia cardíaca y la presión arterial. Es una maravilla de la naturaleza.

Referencias: