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Los organoides son actualmente uno de los dominios de la ciencia que evoluciona más rápidamente. También están evolucionando de muchas maneras diferentes, aunque igualmente fascinantes. Aquí cubriremos tres vías emergentes principales que prometen aumentar enormemente su poder, competir con la inteligencia artificial y potencialmente desbloquear secretos para prevenir enfermedades neurodegenerativas.
Los organoides (o asmbloides ) son grupos funcionales de neuronas cultivadas in vitro, generalmente a partir de células madre de la piel. Estas formaciones cerebrales vivas relativamente complejas, que pueden ser animales o humanas, se utilizan para estudiar la mecánica neuronal en el laboratorio, fuera de un cerebro real.
Para desdén de los neurocientíficos, los medios de comunicación suelen referirse a ellos como "minicerebros" o "cerebros en un plato", lo cual no es exacto, ya que normalmente son extremadamente pequeños y su complejidad es mucho más simple que la del cerebro humano.
Dicho esto, y como veremos aquí, se están desarrollando diferentes métodos para aumentar considerablemente su tamaño y complejidad funcional.
Por primera vez en la historia, los animales pueden estar adquiriendo algunos aspectos de la inteligencia humana a través de trasplantes de cerebro integradores.
El valor de investigación de los organoides está bastante limitado por el tamaño y la complejidad que pueden alcanzar. Para superar este problema, un nuevo enfoque publicado en Nature ha trasplantado organoides de la corteza humana en cerebros de ratas vivas (como se muestra en la imagen de arriba).
Seis meses después de la integración, las neuronas humanas alcanzaron un nuevo orden de maduración, creciendo seis veces más de lo que era posible in vitro. Su actividad emulaba mejor algunos de los comportamientos más sofisticados observados en el cerebro humano.
En un experimento de seguimiento, los investigadores activaron específicamente las neuronas humanas genéticamente alteradas mediante optogenética y pudieron influir con éxito en la frecuencia con la que las ratas buscaban una recompensa. Es decir, controlar las células cerebrales humanas dentro del cerebro de una rata, para controlar los comportamientos de la rata.
Este enfoque abre la posibilidad de desarrollar complejos sistemas cerebrales humanos a partir de células madre con recursos tecnológicos limitados. Aunque fascinante, este nuevo dominio de la investigación biológica, e incluso de la biología misma, puede estar plagado de complicaciones éticas, incluida la forma de clasificar un organismo híbrido de este tipo.
Estudio: Maduración e integración de circuitos de organoides corticales humanos trasplantados , Omer Revah et al.Stu
Este vídeo es más de lo que parece: en realidad es la primera hibridación exitosa de neuronas biológicas y chips de silicio que aprenden a jugar un juego simulado.
En comparación con la síntesis de organoides en diferentes cerebros biológicos, esta investigación va en una dirección totalmente nueva, pero igualmente alucinante, al sintetizar directamente una mezcla de organoides humanos y de roedores con computadoras. El objetivo, denominado "inteligencia biológica sintética" (SBI), es fusionar sinérgicamente estas formas de inteligencia que alguna vez fueron divergentes.
En particular, los investigadores intentaron aprovechar el poder de la complejidad de tercer orden que se encuentra en los organoides, algo que nunca se había logrado en la informática tradicional. Y además, lograr la definición formal de sintiencia en culturas neuronales, demostrando efectivamente el aprendizaje por retroalimentación sensorial.
En este estudio, los organoides in vitro se integraron con computación "in silico" mediante una matriz multielectrodo de alta densidad. Utilizando retroalimentación estructurada de circuito cerrado mediante estimulación electrofisiológica, el experimento denominado "BrainDish" se integró en una simulación del icónico juego de computadora Pong.
La capacidad de las neuronas en conjuntos para responder adaptativamente a estímulos externos es la base de todo aprendizaje animal. Aunque este experimento inicial es una simulación muy básica, ha demostrado un comportamiento inteligente y sensible en un mundo de juego simulado a través de un comportamiento dirigido a objetivos.
Este enfoque proporciona una nueva vía de investigación prometedora para respaldar o desafiar las teorías que explican cómo interactúa el cerebro con el mundo y para estudiar la inteligencia en general. También puede ser una panacea para superar los desafíos clave que enfrenta la evolución de la inteligencia de las máquinas más allá de los niveles humanos, ya que las neuronas tienen varias características de aprendizaje que aún no hemos podido emular en las computadoras.
Estudio: Las neuronas in vitro aprenden y exhiben sensibilidad cuando están incorporadas en un mundo de juego simulado , Brett J. Kagan et al.
Nuestros dos primeros ejemplos toman organoides en caminos evolutivos diferentes a los imaginados originalmente por los neurocientíficos. Sin embargo, incluso el dominio tradicional de la ciencia de los organoides está todavía en su infancia, y esto cambiará rápidamente.
Están surgiendo muchos métodos prometedores para aumentar su escala, complejidad y especialización funcional, manteniendo al mismo tiempo su acceso práctico dentro de una placa de laboratorio. Como tal, los organoides cerebrales son actualmente uno de los dominios de investigación más interesantes en biocomputación.
Aunque pasa desapercibida por los enfoques tradicionales de inteligencia artificial, la 'inteligencia organoide' (OI) está emergiendo como un candidato potencial para la ruta más rápida hacia el santo grial de la inteligencia artificial general (AGI).
Un consorcio de más de 20 líderes científicos en el espacio ha publicado recientemente un artículo histórico e integral sobre el avance de la ciencia de los organoides.
Aquí hay seis afirmaciones clave que plantean.
1. La computación biológica (o biocomputación) podría ser más rápida, más eficiente y más poderosa que la computación basada en silicio y la IA, y solo requeriría una fracción de energía.
2. La «inteligencia organoide» (OI) describe un campo multidisciplinar emergente que trabaja para desarrollar la informática biológica utilizando cultivos tridimensionales de células cerebrales humanas (organoides cerebrales) y tecnologías de interfaz cerebro-máquina.
3. La OI requiere ampliar los organoides cerebrales actuales hasta convertirlos en estructuras 3D complejas y duraderas, enriquecidas con células y genes asociados con el aprendizaje, y conectarlos a dispositivos de entrada y salida de próxima generación y sistemas de aprendizaje automático/IA.
4. La OI requiere nuevos modelos, algoritmos y tecnologías de interfaz para comunicarse con los organoides cerebrales, comprender cómo aprenden y computan, y procesan y almacenan las enormes cantidades de datos que generarán.
5. La investigación de la IO también podría mejorar nuestra comprensión del desarrollo del cerebro, el aprendizaje y la memoria, lo que podría ayudar a encontrar tratamientos para trastornos neurológicos como la demencia.
6. Garantizar que la IO se desarrolle de manera ética y socialmente receptiva requiere un enfoque de 'ética integrada' en el que equipos interdisciplinarios y representativos de especialistas en ética, investigadores y miembros del público identifiquen, discutan y analicen cuestiones éticas y las retroalimenten para informar futuras investigaciones. y trabajo.
En pocas palabras, estos investigadores esperan utilizar muestras de tejido humano para cultivar y manipular colecciones cada vez más poderosas de células cerebrales que podrían usar en lugar de los chips de computadora de silicio estándar.
Estos grupos de células serán mucho más grandes y crecerán en tres dimensiones, lo que permitirá a las neuronas dentro de ellos crear muchas más conexiones.
Es una tecnología que requiere muchas disciplinas científicas para despegar. Mientras que algunos investigadores están trabajando en el crecimiento de organoides hasta el tamaño de 10 millones de células, que los científicos estiman que es necesario para comenzar a funcionar en cualquier lugar cercano al cerebro humano, otros están desarrollando tecnología que nos permitiría comunicarnos con un grupo de células y Haz que ese grupo se comunique.
Recientemente se ha dado un paso clave en esta comunicación bidireccional mediante el desarrollo de una especie de tapa EEG para organoides, que utiliza una cubierta flexible densamente cubierta con pequeños electrodos que pueden captar señales del organoide y transmitirle señales.
Pero construir una computadora muy potente no es el único objetivo de estos investigadores. También esperan utilizar estas computadoras OI para analizar condiciones neurológicas y ayudar a los pacientes.
El destacado investigador de organoides Thomas Hartung resumió: “Por ejemplo, podríamos comparar la formación de la memoria en organoides derivados de personas sanas y de pacientes con Alzheimer, e intentar reparar los déficits relativos. También podríamos utilizar la OI para comprobar si determinadas sustancias, como los pesticidas, causan problemas de memoria o de aprendizaje”.
Podrían aliviar el sufrimiento y las enfermedades humanas mediante los tratamientos que ayudan a desarrollar y podrían salvar las vidas de miles de animales que actualmente se sacrifican para la investigación en humanos.
Estudio: Inteligencia organoide (OI): la nueva frontera en biocomputación e inteligencia en un plato , L Smirnova, et. Alabama.
En abril de 2021, las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina de EE. UU. publicaron un informe en el que se afirma que, aunque los minicerebros son actualmente insustanciales en tamaño, complejidad y madurez, a medida que aumentan, nadie puede garantizar que no se desarrollen algún tipo. de la conciencia de tipo humano.
Si este fuera el caso, entonces la creciente sofisticación de los organoides podría convertirse en una lata de gusanos éticos, obstaculizando su desarrollo posterior. Sin embargo, esto también marcaría el primer encuentro real de una conciencia no humana pero similar a la humana , lo que sería un hito en sí mismo.
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