No es ciencia ficción: la inteligencia artificial del futuro podría tener neuronas

La Universidad de Barcelona participa en el proyecto Neu-ChiP que quiere comprobar si es posible introducir una ‘parte humana’ en las computadoras.

El nombre del proyecto lo dice todo: Neu-Chip es decir, neuronas en un chip. El objetivo no es otro que mejorar el desarrollo de la inteligencia artificial contando con las ventajas de adaptabilidad y eficiencia energética del propio cerebro humano. ¿Cómo? Uniendo un circuito neuronal, desarrollado en laboratorio, a un circuito electrónico.

Neurons in the brain

Toda una revolución que puede ampliar los límites de la inteligencia artificial. Suena extraordinario y lo es. El debate ético está servido.

Neuronas para mejorar la inteligencia artificial. Esa es la idea, ese es el objetivo. De momento se trata tan sólo de un estudio. Pero tan ambicioso que puede “romper las limitaciones actuales de la potencia de procesamiento y el consumo de energía para lograr un cambio de paradigma en la tecnología de aprendizaje automático“, señalan desde la Universidad de Aston, en Birmingham que coordina la investigación.

Un trabajo que une a físicos, biólogos e ingenieros de 5 países. Se trata de una investigación financiada con 3,5 millones de euros por la Comisión Europea, en el que un consorcio formados por 3 Universidades, dos institutos tecnológicos y una empresa suiza quieren comprobar “si se puede hacer inteligencia artificial en un circuito biológico” diseñado a partir de células madre. 

“Es un proyecto muy ambicioso”, comenta a D+I Jordi Soriano, investigador del Instituto de Sistemas Complejos de la Universidad de Barcelona (UBICS). “Se trata de un Proof of Concept, una prueba de concepto, un estudio sobre la viabilidad de una determinada idea”.

La UE -explica- “nos da dinero para que intentemos algo muy loco, a ver si lo podemos conseguir. Si funciona, la idea es que se pueda conectar el circuito neurológico que desarrollemos en laboratorio a partir de células madre, con uno electrónico para que se ayuden mutuamente“.

“Los ordenadores, los móviles, funcionan con circuitos eléctricos que sólo son capaces de hacer aquellas tareas para las que han sido preparados, que sólo responden a unas órdenes prefijadas”, nos cuenta Daniel Tornero, investigador del Instituto de Neurociencias y del Centro de Terapias Avanzadas Creatio de la Universidad de Barcelona.

“La idea es incorporar las capacidades del cerebro humano a los circuitos electrónicos. Esto le puede permitir adaptarse a distintas situaciones, básicamente aprender de los errores o de la experiencia”, recalca.

Replicar una parte del cerebro a partir de células madre

La primera fase del proyecto pasa por desarrollar en el laboratorio un circuito neuronal. “No es otra cosa que intentar crear una porción de cerebro en el laboratorio, in vitro“, explica a D+I Daniel Tornero.

Es como hacer un cerebro muy simple. El concepto Brain on chip está ahora muy de moda. En la facultad de medicina de la UB tenemos proyectos que intentan reproducir una conexión neuronal que existe en el cerebro entre dos zonas concretas porque esa conexión está afectada por una enfermedad. Para revertir esa enfermedad intentamos reproducir esa conexión entre las diferentes neuronas para aprender sobre la enfermedad y poder ponerle solución”.

Desde el punto de vista físico, el cerebro como tal, como circuito que procesa información, es especialmente interesante porque es muy robusto“, comenta Jordi Soriano. “Puedes modificar el entorno sin que le afecte porque el sistema funciona muy bien. Los circuitos electrónicos no son tan robustos porque son excesivamente rígidos, no tienen la capacidad de adaptabilidad del cerebro”.

“Un circuito neuronal siempre está activo, siempre procesa información, siempre intercambia información. Lo puedes ‘apagar’ pero sigue haciendo cosas. Eso no lo puede hacer un circuito electrónico”, admite.

“El neuronal tiene cosas únicas que lo hacen superior, que lo convierten en algo fascinante”, insiste Soriano.

“Si un circuito eléctrico se estropea no es capaz de encontrar el error y repararse por sí mismo. Sin embargo, una neurona es un ‘aparato’ que funciona a la perfección, que utiliza muy poca energía y que es capaz de auto repararse. Son capacidades que un ordenador nunca tendrá”, remarca Daniel Tornero.

“Jordi y yo hemos demostrado en proyectos previos que, si dañamos un circuito hecho con neuronas, él mismo, al cabo de 15 o 20 minutos, es capaz de seguir funcionando aunque hayamos destruido una parte”.

Mayor eficiencia y ahorro energético

La conocida como “computación neuromórfica” es la ciencia que pretende imitar electrónicamente la actividad neuronal humana, es decir, emular el comportamiento del propio cerebro humano. Hasta ahora el gran hándicap ha sido que estos sistemas requieren una potencia de cálculo cada vez mayor y por tanto una gran demanda de energía.

Pero con el desarrollo de un circuito neuronal el problema se termina. Las neuronas apenas necesitan una pequeña cantidad de medio de cultivo para vivir y trabajar. “La mayor de las ventajas es la eficiencia que consiguen con un mínimo de nutrientes”, explica el neurobiólogo.

“Nosotros tenemos cultivos neuronales con los que trabajamos a diario y les cambiamos el medio de cultivo una vez a la semana. Trabajan toda la semana sólo con 1 ml de medio“.

Apenas necesita ‘alimentación’ y tampoco mucho espacio “Pensemos que un cultivo neuronal ocupa aproximadamente el mismo espacio que una moneda de 10 céntimos“, añade el físico.

“En el mismo espacio que ocupa un rotulador puede tener el circuito, el medio que lo alimenta y la electrónica que lo cuida. Tienes un sistema que funciona, que está vivo, que te lo puedes llevar arriba y abajo. En muy poco espacio, con poquísima energía, un cultivo puede vivir meses“.

No hablamos de ciencia ficción. Hablamos de ciencia aplicada.  “Las células madre que vamos a emplear son generadas a partir de células de la piel de un donante humano“, explica Tornero.

“Esta tecnología, que se llama reprogramación celular -producir una célula madre a partir de una célula adulta-, apenas tiene 15 años. En 2006 se publicaron los primeros trabajos de reprogramación que resultaron en el premio Nobel de Medicina para Shinya Yamanaka en 2012. Ahora estamos explotando esta técnica que está revolucionando la biología celular”.

Sobre ese circuito biológico enviarán impulsos eléctricos para observar sus respuestas. Es la manera de ‘entrena’ el circuito. “Tienes que conectar las células de manera estratégica para que el circuito sea capaz de procesar la información. La ventaja es que puedes entrenarlo”, dice Soriano.

“O bien a través de estímulos o poniendo ‘barreras físicas’ podemos intentar dirigir la información que trasmitimos en la dirección que queremos para que el circuito procese la información y aprenda, por ejemplo, a hacer cálculos complejos”, añade Daniel Tornero.

Integrar circuitos biológicos y electrónicos

El siguiente paso será unir el circuito neuronal con un circuito electrónico. “No queremos desplazar la IA electrónica, pero si hacer una mezcla. La idea es conseguir las ventajas de la computación de un cerebro humano en un chip tanto para que consuma muy poco (mil veces menos que un ordenador), como para que haga la computación más natural“, nos cuenta Jordi Soriano.

El objetivo es mostrar cómo las neuronas, los procesadores de información del cerebro, pueden aprovecharse para mejorar la capacidad de los ordenadores para aprender al tiempo que se reduce el uso de energía. “Si llega a funcionar bien tendrá un sinfín de aplicaciones. Por ejemplo, serviría para conectar las retinas artificiales, que son un microchip, con el cerebro. Si pudieras conectar el circuito electrónico (que es la retina artificial) con un circuito biológico inteligente podrías convertir señales electrónicas en señales cerebrales”.

Para llegar a esa conexión entre el circuito neurológico y el electrónico pasará mucho tiempo. Pero mientras tanto, la neurobiología puede aprender mucho sobre nuevos tratamientos ante enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer o el Parkinson.

“De este proyecto podemos aprender mucho sobre cómo actúa el cerebro humano. Por ejemplo, en las terapias de Deep Brain Stimulation, en las que se aplican corrientes a través de un electrodo en una determinada zona del cerebro para reparar un daño del cerebro. Con este proyecto podemos observar cómo responden esos circuitos neuronales ante determinados estímulos para saber cómo lo haría el cerebro humano”, añade Daniel Tornero.

El proyecto Neu-Chip está liderado por Investigadores de la Universidad de Aston, en Birmingham (Reino Unido) y en él participan investigadores de la Universidad de Loughborough (Reino Unido), la Universidad de Barcelona, el Centre National de la Recherche Scientifique  (Francia), el Instituto Tecnológico Technion (Israel) y la empresa 3Brain AG (Suiza). En estos momentos los equipos trabajan en la planificación y captación de personal. Está previsto que se inicie en junio y que tenga una duración de 3 años. “La CE tiene mucho interés en desarrollar tecnología europea propia, nueva”, comentan. “Nosotros iniciamos un camino con la prueba de concepto. Si sale bien habrá spin-off que lo desarrollará”.

La frontera entre lo humano y la maquina se diluye

La filosofía (y la práctica) de este proyecto parece que nos lleva justo a la frontera de los que es propiamente humano, a su misma esencia. A concederle rasgos, características propias del ser humano a una computadora. Porque, como nos cuentan los investigadores, al hablar de computación biológica las respuestas que encontraremos no serán solo ‘sí’ o ‘no’ como tienen los ordenadores convencionales. “De esta forma existe la opción ‘de momento sí’ o ‘es correcto en un 90% de los casos’, es menos rígida, más flexible, más natural”.

“El objetivo final del proyecto es conseguir que la inteligencia artificial pueda ser más flexible, para conseguir una computación mucho más natural, más humana. Combinar lo mejor de los dos mundos, del biológico y del electrónico”. Mejorar la inteligencia de una máquina con la ayuda de ese nuevo cerebro que es el circuito neurológico.

“Sin duda suscitará polémica, lo sabemos. Despertará un debate ético/religioso“, comenta Jordi Soriano. “Pero siempre en nuestro trabajo tenemos un control ético muy importante sobre el empleo de células humanas, sobre la manipulación de estas células. Con nuestra investigación tan sólo pretendemos aprender del comportamiento del cerebro para beneficiar al ser humano. Pero como ocurrió con Nobel y la TNT todo avance puede utilizarse para el bien o para el mal”, concluye Tornero.

“Si el proyecto triunfa y avanzamos en la integración de la computación biológica con la electrónica, entonces habrá que legislar sobre esta materia para poner los límites. 

 

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