Inteligencia en un plato: neuronas 'aprenden' a jugar a un videojuego en una placa de laboratorio

Neuronas del cerebro humano cultivadas en un laboratorio han aprendido a jugar al Pong, un antiguo videojuego parecido al tenis, a través de señales eléctricas que emiten electrodos en el plato donde habitan.

Este experimento ha demostrado que pueden mostrar una inteligencia inherente y modificar su comportamiento con el tiempo. Se desprende de un estudio internacional encabezado por la Universidad de Melbourne (Australia) y publicado en la revista Nature.

"Hemos demostrado que podemos interactuar con neuronas biológicas vivas de tal manera que las obligamos a modificar su actividad, lo que conduce a algo que se parece a la inteligencia", afirmó el autor principal, Brett Kagan, de la empresa biotecnológica Cortical Labs.

Aunque los científicos han podido montar desde hace algún tiempo neuronas en matrices de electrodos múltiples y leer su actividad, esta es la primera vez que se estimulan las células de forma estructurada y significativa. El trabajo es una prueba del principio de que las neuronas en un plato pueden aprender y exhibir signos básicos de inteligencia, dice Kagan. “En los libros de texto actuales, se piensa en las neuronas predominantemente en términos de su implicación para la biología humana o animal”, dice. “No están pensados como un procesador de información, pero una neurona es este increíble sistema que puede procesar información en tiempo real con un consumo de energía muy bajo”.

A esta red de neuronas la han llamado "DishBrain", una especie de cerebro que combina Inteligencia Artificial con neuronas humanas. DishBrain es más pequeño que la uña del dedo meñique de un ser humano y contiene unas 800.000 neuronas, menos de las que están en el cerebro una abeja (que tiene un millón de células nerviosas).

Para llevar a cabo el experimento, el equipo tomó células de ratón procedentes de cerebros embrionarios, así como algunas células cerebrales humanas derivadas de células madre, y las cultivó en matrices de microelectrodos, que podían tanto estimularlas como leer su actividad.

Los investigadores usaron su sistema para enseñar a las neuronas a responder a una señal eléctrica que es un sustituto de la pelota en Pong. En el juego, un jugador desliza una paleta vertical arriba y abajo de la pantalla para interceptar una pelota que rebota. En el experimento, las neuronas controlaron la paleta.

Los autores representaron la ruta de la pelota estimulando las neuronas a lo largo de la trayectoria de la pelota en relación con la paleta. Las respuestas de las neuronas en otra región de la red se usaron para mover la paleta hacia arriba o hacia abajo. Con esta información, las neuronas aprenden a localizar la pelota y a darle un “raquetazo” en solo cinco minutos.

Para enseñar a las neuronas a golpear la pelota, Kagan dice, que él y su equipo aprovecharon la teoría de que las neuronas tienden a repetir la actividad que genera un entorno predecible. Cuando las neuronas respondieron de una manera que se correspondía con golpear la pelota, fueron estimuladas en un lugar y con una frecuencia que era la misma cada vez. Si fallaban la pelota, la red era estimulada por los electrodos en ubicaciones aleatorias y en diferentes frecuencias. 

La teoría que sustenta este aprendizaje se basa en el principio de la energía libre, por el que el cerebro se adapta a su entorno cambiando su visión del mundo o sus acciones para ajustarse mejor al mundo que le rodea.

Esta capacidad de enseñar a los cultivos celulares a realizar una tarea en la que muestran sensibilidad -al controlar la paleta para devolver la pelota mediante la detección- abre nuevas posibilidades de descubrimiento que tendrán consecuencias de gran alcance para la tecnología, la salud y la sociedad, según otro de los firmantes, Adeel Razi, de la Universidad de Monash (Australia),

El trabajo es un paso importante hacia el desarrollo de ensayos que podrían usarse, por ejemplo, para probar el efecto potencial de un nuevo fármaco en la función neuronal, en el modelado de enfermedades, y la ampliación de la comprensión actual del funcionamiento del cerebro y de cómo surge la inteligencia", dice el neurocientífico Takuya Isomura del Centro Riken, Japón. Pero, agrega, que aún no está claro si las neuronas se estaban comportando como lo hicieron para crear un entorno predecible o en respuesta a algún otro aspecto de las señales que recibieron. "Creo que el próximo paso importante es una explicación detallada de qué tipo de estímulos pueden realmente hacer esa diferencia", dice.

Cortical Labs también tiene como objetivo usar neuronas para desarrollar "unidades de procesamiento biológico" para su uso en computación. Y las técnicas desarrolladas para DishBrain son lo suficientemente cuantitativas como para que puedan usarse para comparar variaciones en el aprendizaje entre diferentes animales, o entre células de múltiples regiones del cerebro, dice Potter. Esto se une a un creciente panteón de jugadores de Pong, incluidos cerdos a los que se les enseñó a manipular joysticks con el hocico y monos conectados para controlar el juego con la mente.