Inteligencia artificial: un chip diseñado para simular la actividad cerebral

Durante muchas décadas, los científicos han soñado con crear un sistema informático que pueda reproducir el talento del cerebro humano para explorar nuevos desafíos.

Los científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts han dado un paso importante hacia este objetivo mediante el desarrollo de un chip de computadora que imita el mecanismo de adaptación de las neuronas del cerebro en respuesta a la nueva información. Los científicos creen que este fenómeno, conocido como plasticidad, subyace en muchas funciones cerebrales, incluyendo el aprendizaje y la memoria.

Alrededor de 400 transistores y un chip de silicio pueden simular la actividad de una sola sinapsis cerebral: una conexión entre dos neuronas, que facilita la transferencia de información de una neurona a otra. Los investigadores esperan que este chip ayude a los neurocientíficos a aprender mucho más sobre el trabajo del cerebro, y también puede ser utilizado en el desarrollo de prótesis neuronales, como la retina artificial, dice el director del proyecto Chi-Sang-poon.

Simulación de sinapsis

En el cerebro, hay alrededor de 100 mil millones de neuronas, cada una de las cuales forma sinapsis con un gran número de otras neuronas. Synapse: el espacio entre dos neuronas (neuronas presináptica y postsináptica). La neurona presináptica secreta neurotransmisores tales como glutamato y GABA, que se unen a receptores en la membrana postsináptica de la célula, activando los canales iónicos. La apertura y el cierre de estos canales provocan un cambio en el potencial eléctrico de la célula. Si el potencial cambia dramáticamente, la célula activa un impulso eléctrico llamado potencial de acción.

Toda la actividad sináptica depende de los canales iónicos, que controlan el flujo de iones cargados, como el sodio, el potasio y el calcio. Estos canales también son clave en dos procesos conocidos como potenciación a largo plazo (LTP) y depresión a largo plazo (LLC), que respectivamente fortalecen y debilitan las sinapsis.

Los científicos han desarrollado su propio chip de computadora, por lo que los transistores pueden imitar la actividad de varios canales iónicos. Mientras que la mayoría de los chips funcionan en modo binario - "on / off", las corrientes eléctricas en el nuevo chip fluyen a través de los transistores en modo analógico. El gradiente del potencial eléctrico hace que el flujo fluya a través de los transistores de la misma manera que los iones pasan a través de los canales iónicos de la celda.

"Podemos ajustar los parámetros del circuito para la concentración en un canal de iones específico", dice Poon. "Ahora tenemos una forma de capturar cada proceso iónico que ocurre en la neurona".

El nuevo chip es un "avance significativo en los esfuerzos para el estudio de las neuronas biológicas y la plasticidad sináptica en el chip CMOS [complementario de metal-óxido-semiconductor]", dice Dean Buonomano, profesor de neurobiología en la Universidad de California en Los Angeles, añadiendo que "el nivel de realismo biológica es impresionante

Los científicos planean usar su chip para crear sistemas para modelar funciones neuronales específicas, como un sistema de procesamiento visual. Dichos sistemas podrían ser mucho más rápidos que las computadoras digitales. Incluso en sistemas informáticos de alto rendimiento, se requieren horas o días para simular circuitos cerebrales simples. Con el sistema de chip analógico, la simulación es más rápida que en los sistemas biológicos.

Otra posible aplicación de estos chips es el ajuste de la interacción con sistemas biológicos, como la retina artificial y el cerebro. En el futuro, estos chips pueden convertirse en bloques estándar para dispositivos de inteligencia artificial, dice Poon.