El chip que imita el cerebro humano

Parece que “plasticidad” es el término adecuado para describir una característica esencial de nuestro cerebro, aquella que nos permite aprender, cambiar y adaptarnos a nuevas e inesperadas situaciones. Los científicos han buscado durante décadas la forma de conseguir imitar el comportamiento del cerebro humano -generalmente utilizando chips de silicio- aunque siempre se han encontrado con el escollo de que sus diseños son incapaces de emular correctamente tan complejo órgano. Pero según parece, un grupo de especialistas del MIT puede haber encontrado la solución al problema o, al menos, haber dado un paso muy importante en la dirección correcta.

La informática actual, que ha visto duplicar su poder cada 18 meses a lo largo de las últimas décadas, basa su funcionamiento en el proceso de datos digitales. En el interior de un chip de ordenador, todo lo que hay son representaciones de “ceros” y “unos”, algo que los investigadores del MIT consideran inadecuado para imitar el funcionamiento de un cerebro biológico. El cerebro no funciona mediante impulsos de “encendido” y “apagado”, sino que posee toda una gradación de intensidad en sus señales que proporcionan una enorme gama de estados intermedios.

El resultado del trabajo de este equipo ha sido un chip analógico que, según puede leerse en el articulo que han publicado en la última edición de la Proceedings of the National Academy of Sciences , es capaz de emular completamente el comportamiento de una neurona mediante el control del flujo de electricidad que circula a través de los transistores, reproduciendo los canales iónicos existentes en las células cerebrales. Irónicamente, muchos de los ordenadores creados en los albores de la industria informática eran analógicos, es decir, más parecidos a un cerebro vivo que los actuales microprocesadores digitales.

Para comprender los alcances del logro conseguido por el MIT es necesario entender los principios básicos del funcionamiento de una neurona. El equipo a cargo del investigador principal Chi-Sang Poon lo resume así:

«Hay aproximadamente 100 mil millones de neuronas en el cerebro, cada una de ellas compartiendo sinapsis con muchas otras. Una sinapsis es un espacio entre dos neuronas denominadas neurona presináptica y neurona postsináptica. La neurona presináptica libera neurotransmisores que alcanzan los receptores ubicados en la membrana de la neurona postsináptica, actividad que depende de los llamados canales iónicos. Estos canales controlan el flujo de átomos cargados, tales como sodio, potasio y calcio. Estos canales son clave para que tengan lugar dos procesos conocidos como potenciación a largo plazo (LTP, por long-term potentiation) y depresión a largo plazo (LTD, por long-term depression), que fortalecen y debilitan las sinapsis, respectivamente».

Con este avance los investigadores pueden imitar correctamente el comportamiento de una neurona, gracias al control del flujo de electricidad que circula a través de los transistores emulando los los canales iónicos de las células. Todos los chips anteriores, al ser digitales, eran incapaces de reproducir esta faceta de las conexiones entre neuronas. En el MIT creen que con unos 400 transistores se puede construir un chip capaz de reproducir fielmente la conexión de una sinapsis. Hacen falta millones de ellos para simular un cerebro, pero las técnicas de fabricación de circuitos integrados son capaces de producir chips con decenas de miles de millones de transistores, por lo que probablemente pronto veamos algún prototipo basado en esta tecnología.