Conheça o computador biohíbrido que usa tecido cerebral humano para obter um poder de computação sem precedentes

-Desafios científicos

As redes neurais artificiais apresentam muitas semelhanças com os mecanismos subjacentes ao funcionamento do cérebro humano. Como já destacamos, a evolução da futura inteligência artificial poderia passar pelo uso de organoides cerebrais, agregados tridimensionais de células cultivadas em laboratório que tentam recriar a estrutura e função do cérebro de forma simplificada. Daqui até o nascimento de um computador biohíbrido, que integra componentes biológicos com eletrônicos, o passo pode ser curto.

Isto é demonstrado por uma equipe de pesquisadores acadêmicos liderada por Feng Guo (Universidade de Indiana, Bloomington), que conseguiu criar uma configuração baseada no uso de um organoide cerebral composto de células de resistência humanas e conectadas a um chip eletrônico. , para realizar e registrar tarefas computacionais simples.

O projeto chama-se Brainoware e mostra claramente os horizontes ilimitados para os quais a bioinformática poderá nos levar no futuro, ou seja, aquela disciplina científica que combina a TI mais tradicional com a interação através do uso de estruturas biológicas. O estudo acaba de ser publicado na revista científica Nature Electronics.

O que é Brainoware e como funciona

Nos últimos anos, cientistas e engenheiros têm tentado aproximar-se das capacidades do cérebro, projetando hardware e algoritmos capazes de aproximar a sua estrutura e a forma como funciona. Conhecido como computação neuromórfica , este ramo específico está progredindo continuamente, mas seu processamento consome muita energia e o treinamento de redes neurais artificiais requer tempo (além de uma série de atenção especial).

Guo e seus colegas adotaram uma abordagem diferente usando vero tecido cerebral humano cultivado em laboratório. As células-tronco foram incentivadas a se desenvolver em diferentes tipos de células cerebrais que se organizaram em organoides tridimensionais, completos com interconexões e estruturas.

Brainoware consiste em organoides cerebrais conectados a um arranjo de microeletrodos de alta densidade: eles constituem a interface entre o tecido cerebral e o sistema eletrônico. A conectividade assim conseguida permite o registo de atividades neurais e a transmissão de sinais elétricos ao tecido cerebral.

A solução apresentada é baseada em um mecanismo conhecido como computação de reservatório: organoides cerebrais atuam como “reservatórios” (reservatório) nos quais a informação é processada, transportada através de estímulos elétricos.

As camadas de entrada e saída são implementadas usando hardware de computador normal. As camadas de entrada recebem dados do ambiente externo ou dos organoides, enquanto as camadas de saída interpretam as respostas neurais processadas downstream da computação do reservatório do sistema.

Ao treinar as camadas de entrada e saída para trabalharem simbioticamente com os organoides, é possível induzir o sistema a aprender tarefas específicas , como reconhecimento de fala ou previsão de padrões complexos.

O que o computador biohíbrido criado a partir de tecido cerebral cultivado em laboratório já é capaz de fazer

No caso específico do Brainoware, os pesquisadores tiveram sucesso no treinamento do sistema para realizar tarefas como reconhecimento de fala e previsão de modelos não lineares. Por exemplo, o computador biohíbrido conseguiu identificar especificações de entradas com precisão significativa e prever modelos complexos, como aqueles representáveis ​​com um mapa de Hénon.

A equipe de pesquisa destaca como a Brainoware pode processar informações de maneira eficaz e executar tarefas computacionais sem supervisão humana.

Entre os diversos testes realizados, o sistema baseado no uso de organoides cerebrais foi reconhecido com uma precisão igual a aproximadamente 78% , com apenas dois dias de treinamento e com a utilização de 240 áudios pré-gravados clipes, as vozes de várias pessoas. Guo especifica que é uma primeira aproximação do que será possível alcançar no futuro: “os resultados desta experiência constituem a primeira demonstração do uso de organoides cerebrais na área de TI. Conseguimos confirmar o potencial dos organoides cerebrais no futuro da bioinformática”.

Paralelamente, porém, Lena Smirnova e Brian Kafo (Universidade Johns Hopkins) falam sobre questões éticas que surgirão à medida que os especialistas desenvolverem usos cada vez mais sofisticados de organoides cerebrais. No entanto, tal como no lado da inteligência artificial, “a investigação fornece conhecimentos fundamentais sobre os mecanismos de aprendizagem, o neurodesenvolvimento e o impacto cognitivo das doenças neurodegenerativas. Tem grande potencial para produzir novos resultados que poderão ser úteis no desenvolvimento de modelos para testar novos tratamentos”.

Crédito da imagem de abertura: iStock.com/imaginima

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apareceu na revista científica Nature Electronics , imagine ,