Bienvenido a los Servicios de Investigación y Estrategia en el ritmo acelerado de hoy.
Los organoides constituyen actualmente uno de los campos científicos de más rápido crecimiento. Además, su evolución se produce de maneras muy diversas e igualmente fascinantes. Aquí exploraremos tres vías emergentes principales que prometen aumentar considerablemente su potencial, competir con la inteligencia artificial y, potencialmente, desvelar secretos para la prevención de enfermedades neurodegenerativas.
Los organoides (o ensambleides) 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, a menudo se hace referencia a ellos en los medios como "mini-cerebros" o "cerebros en un plato", lo que no es exacto, ya que suelen ser 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 podrían estar adquiriendo algunos aspectos de la inteligencia humana mediante trasplantes cerebrales integrativos.
El valor de los organoides para la investigación está bastante limitado por el tamaño y la complejidad que pueden alcanzar. Para superar este problema, un nuevo enfoque publicado en Natureha trasplantado organoides de corteza humana a cerebros de ratas vivas (mostrados en la imagen superior).
Seis meses después de la integración, las neuronas humanas alcanzaron un nuevo nivel de maduración, creciendo seis veces más de lo que era posible in vitro. Su actividad emuló mejor algunos de los comportamientos más sofisticados observados en cerebros humanos.
En un experimento posterior, los investigadores activaron específicamente las neuronas humanas genéticamente alteradas mediante optogenética y lograron influir con éxito en la frecuencia con la que las ratas buscaban una recompensa. Es decir, controlaron las neuronas humanas dentro del cerebro de una rata para controlar su comportamiento.
Este enfoque abre la posibilidad de desarrollar sistemas cerebrales humanos complejos a partir de células madre con recursos tecnológicos limitados. Si bien es fascinante, este nuevo campo de la investigación biológica, e incluso de la propia biología, puede estar plagado de complicaciones éticas, incluyendo incluso la clasificación de un organismo híbrido de este tipo.
Estudio: Maduración e integración de circuitos de organoides corticales humanos trasplantados, Omer Revah et al.Stu
Este vídeo esconde mucho más de lo que parece a simple vista: se trata de la primera hibridación exitosa de neuronas biológicas y chips de silicio que aprenden a jugar a un juego simulado.
En comparación con la síntesis de organoides para formar diferentes cerebros biológicos, esta investigación avanza en una dirección totalmente nueva, aunque igualmente asombrosa, al sintetizar directamente una mezcla de organoides humanos y roedores mediante computadoras. Denominada "inteligencia biológica sintética" (IBS), el objetivo es fusionar sinérgicamente estas formas de inteligencia, antes divergentes.
En particular, los investigadores buscaron aprovechar el potencial de la complejidad de tercer orden presente en los organoides, algo nunca antes alcanzado en la computación tradicional. Además, lograr la definición formal de sintiencia en cultivos neuronales, demostrando eficazmente 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. Mediante retroalimentación estructurada de bucle cerrado mediante estimulación electrofisiológica, el experimento denominado «BrainDish» se integró en una simulación del icónico videojuego 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 consciente en un mundo de juego simulado mediante un comportamiento dirigido a objetivos.
Este enfoque ofrece una nueva y prometedora vía de investigación para respaldar o cuestionar las teorías que explican cómo el cerebro interactúa con el mundo y para el estudio de la inteligencia en general. También podría ser una solución para superar los desafíos clave que enfrenta la evolución de la inteligencia artificial más allá de los niveles humanos, ya que las neuronas poseen diversas características de aprendizaje que aún no hemos podido emular en las computadoras.
Estudio: Las neuronas in vitro aprenden y exhiben sensibilidad cuando están encarnadas en un mundo de juego simulado, Brett J. Kagan et al.
Nuestros dos primeros ejemplos llevan a los organoides por caminos evolutivos distintos a los previstos originalmente por los neurocientíficos. Sin embargo, incluso el campo tradicional de la ciencia de los organoides se encuentra aún en sus primeras etapas, y esto está a punto de cambiar rápidamente.
Están surgiendo numerosos métodos prometedores para aumentar su escala, complejidad y especialización funcional, manteniendo al mismo tiempo su accesibilidad práctica en una placa de laboratorio. Por ello, los organoides cerebrales constituyen actualmente uno de los campos de investigación más prometedores en bioinformática.
Aunque pasa desapercibida para los enfoques tradicionales de inteligencia artificial, la "inteligencia organoide" (IO) está surgiendo como un contendiente potencial para la ruta más rápida al santo grial de la inteligencia artificial general (IAG).
Un consorcio de más de 20 líderes científicos en el espacio ha publicado recientemente un documento exhaustivo y fundamental sobre el avance de la ciencia de los organoides.
A continuación se presentan seis afirmaciones clave que plantean.
1. La computación biológica (o biocomputación) podría ser más rápida, más eficiente y más potente que la computación basada en silicio y la IA, y solo requerir una fracción de la energía.
2. La «inteligencia organoide» (IO) describe un campo multidisciplinario emergente que trabaja para desarrollar la computación biológica utilizando cultivos 3D de células cerebrales humanas (organoides cerebrales) y tecnologías de interfaz cerebro-máquina.
3. La OI requiere ampliar los organoides cerebrales actuales para 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 a sistemas de inteligencia artificial y aprendizaje automático.
4. La OI requiere nuevos modelos, algoritmos y tecnologías de interfaz para comunicarse con los organoides cerebrales, comprender cómo aprenden y computan, y procesar y almacenar las enormes cantidades de datos que generarán.
5. La investigación sobre OI también podría mejorar nuestra comprensión del desarrollo del cerebro, el aprendizaje y la memoria, ayudando potencialmente a encontrar tratamientos para trastornos neurológicos como la demencia.
6. Para garantizar que la IO se desarrolle de una manera ética y socialmente responsable se requiere un enfoque de "ética incorporada" 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 la investigación y el trabajo futuros.
En pocas palabras, estos investigadores esperan utilizar muestras de tejido humano para cultivar y manipular colecciones cada vez más potentes de células cerebrales que podrían utilizar 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 que las neuronas dentro de ellos creen significativamente más conexiones.
Es una tecnología que requiere muchas disciplinas científicas para despegar. Mientras algunos investigadores trabajan en el crecimiento de organoides hasta alcanzar el tamaño de 10 millones de células, que los científicos estiman necesario para que funcionen de forma similar a un cerebro humano, otros desarrollan tecnología que nos permitiría comunicarnos con un grupo de células y que este nos responda.
Un paso clave en esta comunicación bidireccional se dio recientemente con el desarrollo de una especie de gorro 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 usar estas computadoras de inteligencia artificial para analizar afecciones neurológicas y ayudar a los pacientes.
El investigador principal 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 corregir los déficits relativos. También podríamos usar la IO para comprobar si ciertas sustancias, como los pesticidas, causan problemas de memoria o 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 son sacrificados para la investigación humana.
Estudio: Inteligencia organoide (IO): la nueva frontera en biocomputación e inteligencia en un plato, L Smirnova, et. al.
En abril de 2021, las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina de Estados Unidos publicaron un informe en el que afirmaban que, si bien los mini cerebros actualmente son insustanciales en tamaño, complejidad y madurez, a medida que estos aumentan, nadie puede garantizar que no desarrollen algún tipo de conciencia de tipo humano.
De ser así, la creciente sofisticación de los organoides podría convertirse en un problema ético que obstaculizaría su desarrollo. Sin embargo, esto también marcaría el primer encuentro real con una conciencia no humana, pero similar a la humana, lo cual sería un hito en sí mismo.
Bienvenido a los Servicios de Investigación y Estrategia en el ritmo acelerado de hoy.
Un debate basado en evidencia sobre si actividades como los crucigramas y el sudoku mejoran significativamente la salud del cerebro, aclarando qué apoyan, qué no y por qué a menudo se malinterpretan sus beneficios.
Vea estos excelentes conocimientos sobre el papel de la neurociencia en el rendimiento deportivo.
Conozca la extraordinaria neuroplasticidad de su cerebro.
NeuroTracker es uno de los sistemas de entrenamiento cognitivo más investigados, utilizado en deportes de élite, ámbitos militares y de rendimiento humano a nivel mundial. Basado en 20 años de investigación en neurociencia.
.png)