Desarrollan un cerebro 3D capaz de imitar al humano

Es otro avance hacia la inteligencia artificial. Permitirá encontrar soluciones a afecciones neurológicas, explorar los misterios de la mente y atacar trastornos como autismo, depresión y esquizofrenia. A futuro, podría usarse para comandar máquinas.


En el cine. El filme IA muestra un futuro de robots pensantes.

Aunque las computadoras evolucionaron vertiginosamente y realizan millones de cálculos en un soplo, no logran todavía exceder la potencia del cerebro humano. Tal es su complejidad que un grupo de científicos está confeccionando una imagen en tres dimensiones (3D) de la estructura cerebral; y para hacerla utilizan miles de equipos.

El objetivo del Blue Brain Project –cuyo nombre se inspiró en la súper computadora Blue Gene de IBM– es modelizar la sustancia gris en una composición biológicamente realista, con sus 100 mil millones de neuronas intercambiando información en tiempo real . El proyecto está liderado por el neurocientífico Henry Markham, de la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, en Suiza. “Tener una perspectiva orgánica servirá para reunir todos los conocimientos y probar cualquiera de las teorías que se tienen sobre su funcionamiento”, explicó el especialista.

Esta herramienta, según estima Markram, permitirá hallar soluciones a afecciones neurológicas; explorar los misterios de la mente y avanzar en algunas disfunciones como autismo, depresión, esquizofrenia y predecir la reacción a ciertos medicamentos, entre otras cuestiones. Además, marcará un nuevo paso hacia la inteligencia artificial (ver ¿Máquinas que piensan? ).

Sobre la magnitud de este ejercicio, Ezequiel Gleichgerrcht, neurobiólogo del Instituto de Neurología Cognitiva (INECO) considera que “todo proyecto que intente reconstruir la complejidad del cerebro tiene el potencial para aportar información novedosa sobre la base neurobiológica de todas aquellas funciones que nos permiten vivir a diario. Es probable que el Blue Brain Project logre modelar aspectos fundamentales del sistema nervioso, como la gran capacidad que tienen nuestras neuronas para formar complejas redes que alimentan las funciones vitales, conductas y habilidades.

Para modelar en 3D deben basarse en datos empíricos que provienen de los campos de la histología, la anatomía, y la fisiología. Muchos de estos hallazgos se realizaron en cerebros de roedores y primates”.

Se estima que para emular una sola neurona se requiere el equivalente a una PC.

Un molde virtual del cerebro en su totalidad demanda millones de máquinas.

Como no se dispone un sistema de procesamiento tan avanzado, en el BrainForum 2011, que tuvo lugar en Milán, Italia, hace unos días, anunciaron que la arquitectura cerebral recién se completaría en 2020. Antes pensaban que estaría lista recién en 2030.

Entre los beneficios concretos de esta reproducción tridimensional, Alfredo Blasi, neurorradiólogo del Centro de Diagnostico Dr. Enrique Rossi, explica que “la imagen se hace para tener una visión espacial de la estructura anatómica. Esto servirá para determinar las áreas afectadas y los riesgos que implica cualquier intervención . Si se detecta un tumor invasor que destruye neuronas motoras, se le puede anticipar al paciente que hay posibilidades de quedar hemipléjico. Salvando las distancias, lo más aproximado, hoy en día, es la tractografía, un procedimiento que posiciona el cerebro en 3D para tratar lesiones de forma no invasiva”.

Para llevar adelante el desafío, el equipo de investigación está conformado por bioinformáticos, neurólogos y arquitectos. A la iniciativa se sumaron expertos en modelado de sinapsis (las conexiones eléctricas entre las neuronas), de la Universidad de Jerusalén.

El primer intento de simulación exitoso fue la columna cortical del cerebro de una rata, que puede considerarse la menor unidad funcional del neocórtex, o corteza de capas que cubre los hemisferios cerebrales. Para constituir a nivel celular –no molecular– el neocórtex se partió de la base de datos acopiada desde hace 15 años por el laboratorio de Markram, en Suiza. Pese a su reducido volumen, la complejidad de este mecanismo es tal que sólo pudo operarse durante 10 segundos a una velocidad diez veces más lenta que en la vida real. Lo que representa apenas un segundo en la vida de un roedor verdadero.

Para configurar el neocórtex, esta porción que mide 2 milímetros de largo por medio milímetro de diámetro e incluye 10.000 neuronas y 30 millones de sinapsis, fue necesario un poder de cómputo de 22,8 teraflops, 22.800 millones de operaciones por segundo, distribuido entre los 8,192 procesadores de la IBM Blue Gene.

El primer paso es examinar la actividad eléctrica en cada neurona intentando descifrar el lenguaje que utilizan para comunicarse entre sí . “Modelar el cerebro a nivel celular es un trabajo complejo debido a los miles de parámetros que se deben someter a observación”, declaró el profesor Markram. Las conclusiones de cada mapeo se vuelcan en la supercomputadora.

“Cada procesador puede simular una neurona y comunicarse con otros, generando el proceso de pensar” , explica Mark Baertschi, de IBM.

El experimento constará de tres fases. La primera se enfoca en el neocórtex, que es una de las zonas más extensas y misteriosas del cerebro. En la segunda se desarrollarán dos modelos más: el molecular y el del sistema neocortical. El proceso concluirá con una tercera fase, en la que el modelo completo será estimulado y observado, para determinar cómo es la interacción neuronal.


Secretos de la mente

El cerebro en tres dimensiones será una compleja reproducción informatizada (una simulación) que reflejará, en tiempo real, las interacciones neuronales y otros mecanismos que posibilitan el procesamiento de la información en el cerebro.

Este logro científico permitirá unificar todo el conocimiento acumulado por la neurociencia durante 100 años y solucionar muchas afecciones neurológicas, explorar el origen de algunos trastornos y tener la posibilidad de hacer mejores diagnósticos.

Para emular cada neurona se requiere el equivalente a una PC. Por eso, el modelo virtual del cerebro en su totalidad requiere millones de computadoras.



¿Máquinas que piensan?

Bajo el cuero cabelludo se ramifica un bosque de millones de neuronas que se combinan para crear los pensamientos. La idea que persigue el Blue Brain Project no es novedosa, pero sí su implementación. La primera vez que se habló de inteligencia artificial fue en la conferencia de Dartmouth, en el año 1956. Allí asistieron los padres del concepto: John McCarthy, Marvin Minsky y Claude Shannon quienes fijaron un objetivo ambicioso: emular la inteligencia humana por medio de una máquinas. Y soñaban con la posibilidad de que un objeto mecánico fuera capaz de utilizar el lenguaje, formar abstracciones, manejar conceptos y resolver los tipos de problemas que ahora están reservados a los seres humanos. Hoy, las apuestas van un paso más adelante y como se especula en la revista Scientific American, entender los mecanismos del cerebro servirá para crear dispositivos con habilidades cognitivas, como coches que no requieran de los humanos para manejarse ya que se comunicarán entre ellos para circular.