Nuevo invento: Cerebros de sicilio

Cerebros de silicio

Según un artículo publicado este mes en Technology Review, unos chips diseñados para imitar el funcionamiento del cerebro podrían ayudar a entender nuestras capacidades cognitivas. Habitualmente, los transistores de un chip de ordenador están dispuestos para obtener la máxima velocidad de procesamiento, pero este microprocesador, desarrollado en el laboratorio de Kwabena Boahen, de la Universidad de Stanford, incluye grupos de diminutos transistores diseñados para imitar las propiedades eléctricas de las neuronas. Los transistores están organizados para comportarse como células de la retina, la cóclea o, incluso, el hipocampo, una parte del cerebro que ordena y almacena información.

Boahen utilizó un proceso conocido como neuromorfismo (“neuromorphing”) para construir complejos circuitos electrónicos que imitan el comportamiento de los circuitos neurales. Su trabajo se basa en los diagramas anatómicos de diferentes partes del cerebro elaborados durante años por neurocientíficos de todo el mundo a través de concienzudos estudios con animales. Se espera que estos modelos del cerebro conduzcan a nuevos descubrimientos a los que sería difícil llegar con las técnicas experimentales existentes.

Uno de los aspectos más intrigantes del cerebro y que ha fascinado a los neurocientíficos durante décadas es su capacidad para formar recuerdos, que parece estar alojada en el hipocampo. El estudio de las neuronas en esta y otras partes del cerebro a arrojado alguna luz sobre el modo en que se forman de los recuerdos: las neuronas codifican la información en forma de impulsos electrónicos que transmiten a otras neuronas; cuando dos neuronas en contacto se encienden repetidas veces de forma consecutiva, la conexión entre ambas se refuerza y el encendido de la primera ayuda a disparar el encendido de la otra.

Cuando este proceso, conocido como aprendizaje de Hebbian, tiene lugar en múltiples células vecinas, origina redes de conexiones entre diferentes neuronas que codifican y relacionan la información.

Para entender mejor su funcionamiento, Boahen y el alumno de postgrado John Arthur desarrollaron un chip basado en una capa del hipocampo conocida como CA3, donde se cree que se origina la memoria. Según Boahen, cada célula modelo del chip está formada por un grupo de transistores diseñados para imitar la actividad cerebral de una neurona. Las células de silicio están organizadas en un matriz de 32×32, y cada una de ellas ha sido programada para conectarse débilmente a 21 células vecinas.

Sin embargo, Boahen añade que el chip puede modificar la fuerza de estas conexiones, imitando lo que sucede con las neuronas durante el aprendizaje de Hebbian. Las células de silicio detectan cuándo se encienden las células próximas a ellas y si una célula se enciende justo antes que su vecina, la conexión programada entre ambas se refuerza.

Para demostrar la capacidad del chip para recordar, Arthur envió señales eléctricas al chip desde su portátil y registró en este la respuesta de las neuronas de silicio del chip. Varias veces disparó únicamente la actividad de las neuronas que formaban una U, lo que gradualmente reforzó las conexiones entre estas neuronas. El chip “aprendió” el patrón y cuando, posteriormente, Arthur disparó solo la actividad de las neuronas del extremo superior izquierdo de la U, el chip recreó a la perfección el resto del patrón.

Los investigadores de Stanford planean ahora añadir circuitos al chip para modelar también otra capa del hipocampo conocida como giro dentado, esperando poder establecer recuerdos aún más complejos. Además, pretenden desarrollar otros chips neuromórficos para crear un modelo del córtex, cuya primera generación consistirá en un circuito de 16 chips, cada uno de ellos con una matriz de neuronas de silicio de 256×256. Con ello, Boahen espera poder llegar a desarrollar finalmente prótesis neurales como, por ejemplo, una retina artificial.

Fuente: Technology Review


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