Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Neuronas pilotos de combate

Neuronas pilotos de combate

Peter Watts es un conocido escritor de ciencia ficción que vive en Toronto, Canadá. En 1992 se dio a conocer ganando el prestigioso Premio Aurora para obras de ciencia-ficción. El escritor posee una sólida formación científica, contando con un doctorado y varias especialidades relacionadas con la biología marina. La informática le apasiona y colabora en la creación de algún popular juego de ordenador. En el año 1999 publicó su relato Starfish (Estrella de Mar) primer volumen de una trilogía que ha finalizado en el 2004. En Starfish el escritor describe un "gel inteligente" para referirse a un cultivo biológico capaz de expandirse o contraerse en respuesta a estímulos externos. Concretamente narra la existencia de "cultivos cerebrales extendidos sobre una placa de soporte" que podrían ser capaces de pilotar un avión tan bien como lo pudiera hacer una persona.

Transcurridos cinco años la realidad parece haber alcanzado e incluso superado a la ficción. Así lo atestigua una reciente noticia procedente del Departamento de Ingeniería Biomédica de la universidad americana de Florida de la que se han hecho eco publicaciones científicas, medios de comunicación y canales televisivos como el Discovery: el equipo investigador dirigido por el doctor DeMarse ha conseguido que un cultivo de laboratorio de neuronas de cortex de rata, realizado sobre una placa Petri de laboratorio (una sencilla caja circular de plástico o vidrio, con tapa, usada para preparar cultivos), sea capaz de pilotar inteligentemente un avión de combate F-22 (virtual).

PRECEDENTES. Desde hace años en los laboratorios de Robótica Neural y Computación Neural de esa Universidad se venían desarrollando varios proyectos en paralelo. El de Tecnología de Interfase Neural pretendía cultivar y hacer crecer neuronas corticales de cerebro de ratas sobre una red de multielectrodos, consistente en 60 electrodos dispuestos sobre un enrejado de 8x8. Los electrodos son de 30 micras y están separados entre sí unas 200 micras, sobre una superficie inferior a los 2 milímetros cuadrados. El enrejado de electrodos se cubría con una capa de unas 25.000 neuronas. Estas neuronas, al principio, parecen como granos individuales de arena suspendidos en un líquido, pero bien pronto comienzan a extender microscópicas conexiones entre ellas, estableciendo espontáneamente una red neuronal, "un cerebro", al que el Dr. DeMarse denominó "instrumento computacional vivo".

A partir de ahí, en el año 2002, el equipo científico fue capaz de crear lo que denominaron Hibrot, es decir, un robot híbrido consistente en los correspondientes "hardware" y "software" informáticos, neuronas de rata e incubadores para las neuronas. Era posible establecer un flujo bidireccional de información entre el cultivo neuronal ("instrumento computacional vivo") y el ordenador. Este se programó para responder a los impulsos neuronales, controlando unas ruedas portadoras de una plataforma sobre la que se situó la figura de un pequeño robot de juguete, del tamaño de una naranja. El robot se movía a través de su "cerebro viviente" como respuesta a señales infrarrojas que eran recogidas por sensores y reenviadas, debidamente interpretadas, a las células neuronales en cultivo, que las procesaban y devolvían, a través del ordenador, produciendo el correspondiente movimiento.

VUELO. Lo que ahora se ha conseguido es mucho más espectacular e impresionante. En el ordenador se ha instalado un simulador de vuelo de un reactor de caza F-22 donde se pueden simular diversas condiciones de tiempo que podrían afectar al vuelo: lluvias, vientos, huracanes, etcétera. Los investigadores también han sido capaces de escribir los algoritmos correspondientes a las 25.000 neuronas. Antes de iniciarse el experimento las neuronas están individualizadas sin conexiones entre sí. Tras conectar el cultivo neuronal con el ordenador y poner en marcha la experiencia, pronto, en minutos, comienzan a establecerse las adecuadas interconexiones y el sistema puede operar bidireccionalmente. Para controlar el vuelo simulado las neuronas reciben primero información sobre las condiciones de vuelo, si éste es recto o se desvía. Las neuronas analizan los datos y responden con otras señales hasta el sistema de control del avión, alterando el rumbo del avión, y dando comienzo a un nuevo ciclo de interacciones. Al comienzo, el vuelo es impreciso ya que las neuronas parecen no saber como controlar el vuelo, pero cada ciclo de información hace que se modifique y mejore la red de interacciones neuronales y los controles informáticos del vuelo. Realmente lo que ha ocurrido es que las neuronas han aprendido a pilotar el avión de combate poco a poco, de modo que si se van presentando condiciones diferentes, desde un vuelo despejado hasta un fuerte huracán, en la fase final del experimento, tras unos quince minutos de su inicio, las neuronas son capaces de responder con las señales precisas para que el vuelo se realice adecuadamente.

POSIBILIDADES. Aunque los ordenadores son muy rápidos para procesar cierta clase de informaciones, en algunos aspectos están muy lejanos a la capacidad del cerebro humano. Por ejemplo, somos capaces de reconocer y distinguir fácilmente formas como una mesa y una lámpara, cosa que es bastante difícil de programar en los ordenadores. ¿Cómo se realiza el proceso, el mecanismo computacional de nuestras neuronas?. Para intentar aclararlo, el doctor DeMarse, junto a otro profesor de ingeniería eléctrica de la Universidad de Florida, acaba de recibir una financiación de medio millón de dólares de la National Science Fundation americana para intentar crear un modelo matemático que reproduzca el modo en que las neuronas computan.

Como la conexión bidireccional del sistema desarrollado en la investigación comentada es similar a la existente entre nuestras propias neuronas cerebrales y los diversos controles corporales de nuestro organismo, las posibilidades derivadas de la investigación de la interacción cultivos neuronales-ordenador, el ordenador biológico, abre unas ilimitadas perspectivas. Todos los datos disponibles abonan la idea de que la capacidad computacional de nuestros cerebros es una propiedad emergente de centenares de miles de neuronas cooperativas y que no se basa en las neuronas individuales. Según DeMarse por ahora solo conocemos las reglas más rudimentarias del proceso y no sabemos casi nada del lenguaje que usan nuestras neuronas en sus tareas de computación.

Por citar algunas de las posibilidades más evidentes existentes a partir de ahora: a).Conseguir entender mejor los procesos de aprendizaje y de memoria; b) Aprender las reglas del establecimiento de las redes neuronales y aplicarlas para crear nuevos sistemas de computación; c) Entender como interaccionan las células cerebrales, con una mayor comprensión de los desórdenes cerebrales como epilepsia y el descubrimiento de nuevos modos de intervenciones no invasivas; d) Servir de banco de pruebas para nuevos medicamentos contra desórdenes mentales; e) Diseñar vuelos de vehículos no tripulados en los que el ordenador de a bordo esté asistido por una red neuronal biológica de células cerebrales; f) Realización de tareas peligrosas: Misiones de rescate, retirada de bombas en campos de minas y otros, etcétera.