Nuevo dispositivo informático similar al cerebro simula el aprendizaje humano

Se trataría de un dispositivo inspirado en el cerebro humano capaz de aprender por asociación a través de transistores sinápticos que procesan y almacenan información simultáneamente, convirtiéndose en un avance importante para la bioelectrónica del futuro.

Nuevo dispositivo informático similar al cerebro simula el aprendizaje humano
Foto: Istock

Hace 171 años nació Iván Petróvich Pavlov, uno de los grandes pioneros de la psicología básica del aprendizaje, conocido entre otros aspectos por desarrollar el condicionamiento clásico, cuando acondicionó a los perros para asociar una campana con la comida. De forma similar a como él lo hizo, ahora un grupo de investigadores de la Universidad Northwestern y la Universidad de Hong Kong han desarrollado nuevos transistores sinápticos capaces de imitar la plasticidad del cerebro humano procesando y almacenando datos de forma simultánea.

Después de conectar los transistores a un dispositivo, los científicos lo condicionaron para asociar la luz con la presión, similar a cómo el perro de Pavlov asociaba una campana con la comida.

El secreto de este dispositivo radicaría en sus “transistores sinápticos” electroquímicos orgánicos, capaces de procesar y almacenar información al mismo tiempo, como lo hace el cerebro humano. Así, los investigadores demostraron que el transistor podía imitar la plasticidad tanto a corto como a largo plazo de las sinapsis en el cerebro humano, basándose en recuerdos para aprenderlos con el paso del tiempo

Así, con una capacidad similar a la que posee el cerebro, el nuevo transistor y el circuito podrían superar las limitaciones de la informática tradicional, incluyendo el hardware que consume energía y su capacidad limitada para llevar a cabo múltiples tareas al mismo tiempo. Además, también tendría una mayor tolerancia a los fallos, al continuar funcionando sin problemas incluso cuando algunos de sus componentes fallan.

Como manifiestan los expertos, aunque la computadora moderna es sobresaliente, el cerebro humano es mucho mejor en algunas tareas complejas y no estructuradas, como el reconocimiento de patrones, la integración multisensorial y el control motor, entre otras importantes funciones. Unas funciones que se deben gracias a la plasticidad de la sinapsis, que consiste en el bloque de construcción básico del poder computacional del cerebro.

Estas sinapsis, por ejemplo, permiten que el cerebro funcione de una forma altamente paralela y energéticamente eficiente, tolerante a fallas. Y, como se desprende del trabajo realizado por los científicos, el transistor orgánico de plástico es capaz de imitar las funciones clave de una sinapsis biológica.

¿Cómo funciona el transistor sináptico?

Para desarrollado, el equipo de científicos optimizó la creación de un material plástico conductor dentro del transistor electroquímico orgánico capaz de atrapar iones. En el cerebro, una sinapsis consiste en una estructura a través de la cual una neurona puede transmitir señales a otra neurona, utilizando pequeñas moléculas que reciben el nombre de neurotransmisores

En el caso del transistor sináptico desarrollado por el equipo de Northwestern y la Universidad de Hong Kong, los iones se comportan de forma similar a los neurotransmisores, enviando las diferentes señales entre terminales con la finalidad de generar una sinapsis artificial. Al retener los datos almacenados de los iones atrapados, el transistor recuerda actividades anteriores, con lo que acaba desarrollando plasticidad a largo plazo.

Para demostrar el comportamiento sináptico de su dispositivo, los investigadores conectaron transistores sinápticos individuales en un circuito neuromórfico con el que simular el aprendizaje asociativo. Para ello, integraron sensores de luz y presión en el circuito, y lo entrenaron para asociar las dos entradas físicas no relacionadas (presión y luz) entre sí.

Después de un ciclo de entrenamiento, el circuito realizó una conexión inicial entre la luz y la presión. Y, luego de cinco ciclos de entrenamiento, el circuito fue capaz de asociar de forma significativa la luz con la presión. Es más, la luz, por sí misma, pudo disparar una señal (o “respuesta incondicionada”). 

¿Cuáles pueden ser las aplicaciones futuras de este dispositivo?

Dado que el circuito sináptico ha sido fabricado con polímeros blandos, como un plástico, es posible fabricarlo fácilmente en láminas flexibles e integrarlo posteriormente en diferentes dispositivos electrónicos portátiles y blandos, robótica inteligente o incluso dispositivos implantables que interactúan directamente con el cerebro o con los tejidos vivos.

Y es que, aunque la aplicación de este primer dispositivo se trata de una prueba de concepto, el circuito puede ampliarse aún más para incluir una mayor cantidad de entradas sensoriales, e integrarlo con otros componentes electrónicos, permitiendo con ello la computación de baja potencia en el sitio. Se trataría, en definitiva, de un avance fundamental en la bioelectrónica del futuro.

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