Inteligencia artificial: se ha desarrollado un chip que imita la actividad cerebral

Durante décadas, los científicos han soñado con crear un sistema informático que pudiera replicar el talento del cerebro humano para aprender nuevos problemas.

Científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han dado un paso importante hacia este objetivo al desarrollar un chip informático que imita la forma en que las neuronas cerebrales se adaptan en respuesta a nueva información. Se cree que este fenómeno, conocido como plasticidad, subyace a muchas funciones cerebrales, como el aprendizaje y la memoria.

Con aproximadamente 400 transistores, el chip de silicio puede imitar la actividad de una sola sinapsis cerebral: la conexión entre dos neuronas que facilita la transferencia de información de una neurona a otra. Los investigadores esperan que el chip ayude a los neurocientíficos a comprender mucho más sobre el funcionamiento del cerebro y que también pueda utilizarse para desarrollar prótesis neuronales como retinas artificiales, afirma el líder del proyecto, Chi-Sang Poon.

Modelado de sinapsis

Hay alrededor de 100 mil millones de neuronas en el cerebro, cada una de las cuales forma sinapsis con muchas otras neuronas. Una sinapsis es el espacio entre dos neuronas (presinápticas y postsinápticas). La neurona presináptica libera neurotransmisores como el glutamato y el 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 cambios en el potencial eléctrico de la célula. Si el potencial cambia drásticamente, la célula emite un impulso eléctrico llamado potencial de acción.

Toda 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 (PLP) y depresión a largo plazo (LTD), que fortalecen y debilitan las sinapsis, respectivamente.

Los científicos diseñaron su chip de computadora para que los transistores pudieran imitar la actividad de diferentes canales iónicos. Mientras que la mayoría de los chips operan en modo binario de encendido/apagado, las corrientes eléctricas en el nuevo chip fluyen a través de los transistores en modo analógico. Un gradiente de potencial eléctrico hace que la corriente fluya a través de los transistores de la misma manera que los iones fluyen a través de los canales iónicos en una célula.

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

El nuevo chip representa "un avance significativo en los esfuerzos por estudiar las neuronas biológicas y la plasticidad sináptica en un chip CMOS [semiconductor complementario de óxido metálico]", dice Dean Buonomano, profesor de neurobiología en la Universidad de California en Los Ángeles, y agrega que "el nivel de realismo biológico es impresionante".

Los científicos planean usar su chip para crear sistemas que simulen funciones neuronales específicas, como el sistema de procesamiento visual. Estos sistemas podrían ser mucho más rápidos que las computadoras digitales. Incluso los sistemas informáticos de alto rendimiento tardan horas o días en simular circuitos cerebrales simples. Con el sistema analógico del chip, las simulaciones son más rápidas que en los sistemas biológicos.

Otro uso potencial de estos chips es personalizar las interacciones con sistemas biológicos, como retinas y cerebros artificiales. En el futuro, estos chips podrían convertirse en componentes básicos para dispositivos de inteligencia artificial, afirma Poon.