En un laboratorio estéril de la Universidad Johns Hopkins, las placas de Petri se encuentran en incubadoras junto a las rejillas para servidores. Los investigadores aquí están cultivando neuronas y estudiando sus propiedades computacionales.

El campo se llama inteligencia organoide y se encuentra en la intersección de la neurociencia, la informática y la biología sintética. La premisa: utilizar células cerebrales vivas como sustrato para la computación, aprovechando la eficiencia energética y las capacidades de reconocimiento de patrones de las redes neuronales biológicas.

¿Por qué neuronas?

El cerebro humano realiza aproximadamente 10^15 operaciones por segundo y consume unos 20 vatios de potencia. Los chips de IA más eficientes de la actualidad requieren miles de vatios para alcanzar un rendimiento comparable. Esta brecha (aproximadamente cinco órdenes de magnitud en eficiencia energética) es lo que hace que la computación biológica sea atractiva para los investigadores.

"No estamos tratando de construir un cerebro", dice el Dr. Thomas Hartung, que dirige el laboratorio de inteligencia organoide de Johns Hopkins. "Estamos intentando tomar prestados algunos de sus trucos. En concreto, su capacidad para aprender de muy pocos datos y su extraordinaria eficiencia energética". El laboratorio de Hartung publicó una hoja de ruta para la inteligencia organoide en Frontiers in Science en 2023, en la que se describe la agenda de investigación y el marco ético para el campo.

Cómo funciona

El equipo cultiva organoides cerebrales (pequeños grupos de neuronas derivadas de células madre humanas) en matrices de múltiples electrodos que pueden estimular las células y registrar su actividad eléctrica. Al enviar señales eléctricas cuidadosamente diseñadas al organoide y registrar las salidas, los investigadores pueden estudiar si la red biológica puede realizar tareas computacionales específicas.

La investigación publicada de Cortical Labs demostró que los organoides podrían mejorar el rendimiento en una tarea de Pong simplificada, un resultado que se ha debatido ampliamente en la comunidad de neurociencia. La interpretación de lo que significa "aprendizaje" en este contexto y si implica algo sobre la conciencia sigue siendo objeto de un activo debate.

El camino hacia la biocomputación práctica

Los desafíos son formidables. Los organoides son frágiles, requieren un mantenimiento biológico constante y actualmente sobreviven sólo unos pocos meses. Pasar de unos pocos miles de neuronas a los miles de millones necesarios para realizar cálculos complejos sigue siendo un problema sin resolver. El campo se encuentra en una etapa temprana y las afirmaciones sobre aplicaciones prácticas a corto plazo deben evaluarse críticamente.

DARPA ha financiado investigaciones en esta área, lo que refleja un interés científico genuino por parte de la comunidad de investigación de defensa, aunque la financiación de DARPA indica potencial de investigación, no preparación comercial.

Las dimensiones éticas

La inteligencia organoide plantea profundas cuestiones éticas con las que la comunidad investigadora está lidiando activamente. La más fundamental: ¿podría ser sensible un organoide suficientemente complejo? Los organoides actuales son demasiado simples para generar esta preocupación: contienen miles de neuronas, en comparación con los 86 mil millones de un cerebro humano. Pero la trayectoria del campo apunta hacia sistemas más complejos, y establecer marcos éticos antes de que sean necesarios es una prioridad.

El equipo de Johns Hopkins ha publicado un marco ético para la investigación de inteligencia organoide que aborda cuestiones de consentimiento (las células madre utilizadas para crear organoides se derivan de donantes humanos), bienestar (cómo evaluar y minimizar cualquier sufrimiento potencial) y gobernanza (quién debe supervisar la investigación en esta área). El marco es un modelo para el desarrollo responsable de una tecnología que podría tener profundas implicaciones.

Eficiencia energética: la principal oportunidad

La aplicación más convincente a corto plazo de la inteligencia organoide no es la computación general, sino tareas específicas en las que las redes neuronales biológicas han demostrado ventajas sobre el silicio: reconocimiento de patrones, detección de anomalías y aprendizaje a partir de datos limitados. Se trata de tareas en las que la arquitectura del cerebro (evolucionada a lo largo de millones de años exactamente para estos problemas) puede ser realmente superior a los enfoques actuales de la IA.

Si los sistemas basados ​​en organoides pueden realizar estas tareas a una fracción del costo energético de la IA de silicio, las aplicaciones son importantes: dispositivos informáticos de vanguardia que pueden ejecutar IA sofisticada sin baterías grandes, sistemas de diagnóstico médico que pueden funcionar en entornos con recursos limitados y sistemas de monitoreo ambiental que pueden implementarse a escala sin una infraestructura energética significativa.

Fuentes y lecturas adicionales

El panorama de la inversión

A pesar de encontrarse en una fase inicial de investigación, la inteligencia organoide ha atraído el interés del capital de riesgo. Cortical Labs recaudó 10 millones de dólares en financiación Serie A en 2023. Varias empresas emergentes en modo sigiloso están trabajando en plataformas informáticas organoides patentadas. El campo es pequeño pero está creciendo, y las aplicaciones potenciales (desde el descubrimiento de fármacos hasta la IA de vanguardia) están atrayendo una gran atención científica y comercial. Que la computación organoide se convierta en una tecnología práctica o siga siendo una fascinante curiosidad de investigación dependerá de la solución de los desafíos fundamentales de ingeniería de escalamiento, estabilidad y programabilidad.