Neuronas de ratón cultivadas sobre una placa de laboratorio aprenden a jugar al videojuego Pong
La creación de una inteligencia biológica sintética parecía, hasta ahora, cosa de la ciencia ficción. Un equipo de investigadores australianos ha dado un paso decisivo en esa dirección al conseguir que células cerebrales de ratón colocadas en una especie de placa de laboratorio aprendan a jugar al Pong, un clásico y sencillo videojuego de tenis de mesa comercializado por la compañía Atari en el año 1972. Los resultados del estudio se publican hoy en la revista Neuron.
Los investigadores anunciaron sus resultados el pasado diciembre en una prepublicación en la revista bioRixv, pero es ahora cuando su experimento ha sido cotejado y validado por científicos de manera independiente. Para 'enseñar' a las células a jugar, los investigadores han empleado un soporte al que han bautizado DishBrain (algo así como 'plato cerebral'). En realidad, es una versión electrónica de la llamada caja o placa de Petri: los recipientes redondos y poco profundos que se usan en los laboratorios para hacer cultivos de células.
Para este proyecto han utilizado entre 800.000 y un millón de células del córtex cerebral de roedores cultivadas junto a células madre humanas de las llamadas 'pluripotenciales' (las que, al desarrollarse, pueden dar lugar a tejidos muy diferentes).
Los científicos llevan tiempo empleando neuronas en dispositivos artificiales que contienen múltiples microelectrodos y leyendo su actividad. A través de esos dispositivos (técnicamente conocidos como matrices de microelectrodos) se envían y se obtienen señales neuronales –corrientes eléctricas de iones–, por lo que se utilizan como conexiones entre neuronas y circuitos electrónicos.
Sabemos que nuestros cerebros tienen la ventaja evolutiva de haber sido afinados durante cientos de millones de años para la supervivencia. Ahora tenemos al alcance la posibilidad de aprovechar esta inteligencia biológica increíblemente potente y barata
La novedad ahora es que, por primera vez, los investigadores han conseguido estimular a las células cerebrales de forma “estructurada y significativa” –indican en su estudio– para que realicen una tarea dirigida a un objetivo concreto. En este caso, jugar al Pong.
“Hemos demostrado que podemos interactuar con neuronas biológicas vivas de tal manera que las obligamos a modificar su actividad, lo que conduce a algo que se parece a la inteligencia”, afirma el autor principal del proyecto, Brett Kagan, que es director científico de la empresa biotecnológica Cortical Labs.
El DishBrain sería entonces una especie de minicerebro, un hardware biológico, lo que se conoce con el anglicismo wetware, aludiendo al carácter húmedo –wet, en inglés– de las sustancias biológicas empleadas. Uno de los objetivos del proyecto es estudiar las posibilidades de aprovechamiento de la computación biológica, mucho más potente que la artificial. De hecho, esos minicerebros creados por los científicos australianos aprendieron a jugar al Pong mucho más rápido que una inteligencia artificial al uso.
“Sabemos que nuestros cerebros tienen la ventaja evolutiva de haber sido afinados durante cientos de millones de años para la supervivencia. Ahora, parece que tenemos al alcance de la mano la posibilidad de aprovechar esta inteligencia biológica increíblemente potente y barata”, afirma el Dr. Adeel Razi, director del Laboratorio de Neurociencia Computacional y de Sistemas de la Universidad de Monash.
Otro de los objetivos de la investigación es poder estudiar el efecto de sustancias como el alcohol, para saber cómo afectan exactamente a las neuronas. “Intentamos crear una curva de respuesta a diferentes dosis de alcohol etílico: básicamente, emborrachar a las células y ver si juegan peor, lo mismo que ocurre cuando la gente bebe”, dice Kagan. Los hallazgos también plantean la posibilidad de crear una alternativa a los ensayos con animales a la hora de investigar cómo responden los nuevos fármacos o las terapias génicas en estos entornos dinámicos.
Las palas y la pelota
Para llevar a cabo el experimento, el equipó empleó células de ratón procedentes de cerebros embrionarios, así como algunas células cerebrales humanas derivadas de células madre, y las hizo crecer sobre matrices de microelectrodos estimulables y cuya actividad es legible.
Los electrodos situados a la izquierda o a la derecha de una matriz se disparaban para indicar a DishBrain en qué lado estaba la pelota, mientras que la distancia a la que se encontraba la pala se indicaba mediante la frecuencia de las señales. La retroalimentación de los electrodos enseñaba a DishBrain cómo devolver la pelota, haciendo que las células actuaran como si ellas mismas fueran la pala.
“Nunca antes habíamos podido ver cómo actúan las células en un entorno virtual”, dice Kagan en una nota de prensa difundida por Cortical Labs: “Conseguimos construir un entorno de bucle cerrado que puede leer lo que ocurre en las células, estimularlas con información significativa y luego cambiar las células de forma interactiva para que puedan alterarse realmente”.
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