Los científicos han enseñado a una colección de células cerebrales que viven en un plato cómo jugar una versión del juego de arcade pong. La investigación podría algún día dar a los médicos una «caja de arena» con la que probar tratamientos para enfermedades cerebrales.
Durante cientos de años, la comunidad científica ha intentado desentrañar el funcionamiento interno del cerebro humano. Este órgano hipercomplejo contiene alrededor de 86 mil millones de células mensajeras especializadas, conocidas como neuronas, que controlan todo, desde cómo mediamos en nuestras funciones corporales vitales hasta cómo evocamos y expresamos pensamientos complejos.
Desbloquear los secretos de su función permitiría a los científicos remediar innumerables dolencias y avanzar en una variedad de tecnologías relacionadas.
Con este fin, algunos de los cerebritos más brillantes de la Tierra han creado innumerables modelos informáticos del cerebro con diferentes escalas y niveles de complejidad. Sin embargo, un equipo internacional de científicos está probando un enfoque diferente, tomando células cerebrales embrionarias de ratón y células cerebrales humanas creadas a partir de células madre y cultivándolas sobre una matriz de microelectrodos.
Esta matriz es capaz de rastrear el comportamiento de las 800.000 células y de aplicar estimulación eléctrica para impulsar la actividad en ellas. En efecto, DishBrain, como lo llama el equipo, es un modelo vivo relativamente simplista de parte de un cerebro vivo.
“En el pasado, los modelos del cerebro se desarrollaron de acuerdo con la forma en que los informáticos creen que podría funcionar el cerebro”, comenta el Dr. Brett Kagan, autor principal del nuevo estudio y director científico de Cortical Labs. “Eso generalmente se basa en nuestra comprensión actual de la tecnología de la información, como la computación de silicio. Pero en verdad, no entendemos realmente cómo funciona el cerebro”.
En un nuevo estudio publicado en la revista Neuron, los científicos tomaron DishBrain e intentaron hacer que las células actuaran de manera inteligente y coordinada para completar una tarea. Más específicamente, querían ver si podían hacer que la miríada de células actuara como una sola y jugar con éxito el juego de tenis, Pong.
El equipo usó una serie de electrodos para crear su cancha de pong virtual. Pudieron decirles a las células de qué lado de la cancha estaba la pelota usando señales eléctricas, y la frecuencia de estas señales se usó para indicar su dirección y qué tan lejos estaba la pelota de pasar a través de una pared invisible para anotar.
Según un comunicado de prensa del sitio australiano Science in Public, la retroalimentación de los electrodos también se usó para enseñarle al cerebro modelo cómo devolver la pelota. Más específicamente, se reunió la actividad de las células en dos regiones definidas del plato y se usó para mover una paleta virtual hacia arriba y hacia abajo.
Sin embargo, entrenar el cerebro del modelo para que moviera correctamente la paleta fue un desafío. Por lo general, el cerebro libera dopamina para recompensar una acción correcta y esto, a su vez, alienta al sujeto a actuar de una manera específica. Con DishBrain, esto no era una opción.
En cambio, el equipo recurrió a una teoría científica conocida como el «principio de la energía libre», que afirma que las células, como las neuronas, harán todo lo posible para reducir la imprevisibilidad de su entorno.
El equipo implementó la teoría al golpear el plato con un estímulo eléctrico impredecible cuando la paleta no pudo interceptar la pelota, después de lo cual la pelota virtual se activaría nuevamente en un vector aleatorio. Por el contrario, si las neuronas podían mover la paleta para desviar con éxito la pelota, se aplicaba un estímulo eléctrico predecible a todas las células a la vez, después de lo cual el juego continuaba de manera predecible.
Dado que las células se inclinaban a hacer que su entorno fuera predecible, trabajaron para comprender el juego y prolongar el rally de pong.
“El aspecto hermoso y pionero de este trabajo se basa en equipar a las neuronas con sensaciones, la retroalimentación, y, de manera crucial, la capacidad de actuar en su mundo”, dice el profesor Karl Friston, coautor del nuevo estudio del University College London. «Sorprendentemente, las culturas aprendieron cómo hacer que su mundo sea más predecible al actuar sobre él».
El equipo descubrió que la capacidad de DishBrain para extender un rally mejoró significativamente en el transcurso de solo cinco minutos. En otras palabras, las células pudieron autoorganizarse para completar un objetivo, utilizando lo que los investigadores definieron como inteligencia biológica sintética.
“El potencial traslativo de este trabajo es realmente emocionante: significa que no tenemos que preocuparnos por crear ‘gemelos digitales’ para probar intervenciones terapéuticas”, comenta el profesor Friston. «Ahora tenemos, en principio, la ‘caja de arena’ biomimética definitiva en la que probar los efectos de las drogas y las variantes genéticas: una caja de arena constituida exactamente por los mismos elementos informáticos (neuronales) que se encuentran en su cerebro y en el mío».
En el futuro, los investigadores planean darle alcohol a DishBrain para ver cómo afecta su rendimiento en el pong. Algún día, los autores del estudio esperan que el modelo pueda proporcionar una alternativa útil a las pruebas con animales y permitir a los médicos obtener nuevos conocimientos sobre enfermedades degenerativas como la demencia.
Anthony Wood es un escritor científico independiente para IGN.
Crédito de la imagen: laboratorios corticales