Físicos teóricos de la Universidad de Utrecht, junto con físicos experimentales de la Universidad Sogang de Corea del Sur, han conseguido construir una sinapsis artificial. Esta sinapsis funciona con agua y sal y proporciona la primera evidencia de que un sistema que utiliza el mismo medio que nuestro cerebro puede procesar información compleja.
Los resultados aparecen en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences .
En la búsqueda de mejorar la eficiencia energética de las computadoras convencionales, los científicos han recurrido durante mucho tiempo al cerebro humano en busca de inspiración. Su objetivo es emular su extraordinaria capacidad de varias maneras.
Estos esfuerzos han llevado al desarrollo de computadoras similares a cerebros, que se apartan del procesamiento binario tradicional para adoptar métodos analógicos similares a nuestros cerebros. Sin embargo, mientras que nuestros cerebros funcionan utilizando agua y partículas de sal disueltas llamadas iones como medio, la mayoría de las computadoras actuales inspiradas en el cerebro dependen de materiales sólidos convencionales.
Esto plantea la pregunta:¿no podríamos lograr una replicación más fiel del funcionamiento del cerebro adoptando el mismo medio? Esta intrigante posibilidad se encuentra en el corazón del floreciente campo de la computación neuromórfica iontrónica.
En el último estudio publicado en PNAS , los científicos han demostrado, por primera vez, un sistema dependiente de agua y sal que exhibe la capacidad de procesar información compleja, reflejando la funcionalidad de nuestro cerebro. Un elemento central de este descubrimiento es un dispositivo diminuto que mide 150 por 200 micrómetros, que imita el comportamiento de una sinapsis, un componente esencial en el cerebro responsable de transmitir señales entre neuronas.
Tim Kamsma, Ph.D. candidato del Instituto de Física Teórica y del Instituto de Matemáticas de la Universidad de Utrecht y autor principal del estudio, expresa su entusiasmo y afirma:"Aunque ya existen sinapsis artificiales basadas en materiales sólidos capaces de procesar información compleja, ahora mostramos para el futuro Es la primera vez que esta hazaña también se puede lograr usando agua y sal. Estamos replicando efectivamente el comportamiento neuronal usando un sistema que emplea el mismo medio que el cerebro".
Migración de iones
El dispositivo, desarrollado por científicos en Corea y denominado memristor iontrónico, consta de un microcanal en forma de cono lleno de una solución de agua y sal. Al recibir impulsos eléctricos, los iones del líquido migran a través del canal, lo que provoca alteraciones en la concentración de iones.
Dependiendo de la intensidad (o duración) del impulso, la conductividad del canal se ajusta en consecuencia, reflejando el fortalecimiento o debilitamiento de las conexiones entre neuronas. El grado de cambio en la conductancia sirve como una representación mensurable de la señal de entrada.
Un hallazgo adicional es que la longitud del canal afecta la duración requerida para que se disipen los cambios de concentración. "Esto sugiere la posibilidad de adaptar los canales para retener y procesar información durante diferentes duraciones, similar a los mecanismos sinápticos observados en nuestro cerebro", dice Kamsma.
La génesis de este descubrimiento se remonta a una idea concebida por Kamsma, quien comenzó no hace mucho su investigación doctoral. Transformó este concepto, centrado en la utilización de canales iónicos artificiales para tareas de clasificación, en un modelo teórico sólido.
"Por casualidad, durante ese período nuestros caminos se cruzaron con el grupo de investigación de Corea del Sur", dice Kamsma. "Acogieron mi teoría con gran entusiasmo y rápidamente iniciaron un trabajo experimental basado en ella."
Sorprendentemente, los hallazgos iniciales se materializaron apenas tres meses después, alineándose estrechamente con las predicciones esbozadas en el marco teórico de Kamsma. "Pensé ¡guau!" él reflexiona. "Es increíblemente gratificante ser testigo de la transición de las conjeturas teóricas a resultados tangibles en el mundo real, que en última instancia dan lugar a estos hermosos resultados experimentales".
Kamsma subraya la naturaleza fundamental de la investigación y destaca que la computación neuromórfica iontrónica, si bien está experimentando un rápido crecimiento, todavía está en su infancia. El resultado previsto es un sistema informático muy superior en eficiencia y consumo de energía en comparación con la tecnología actual. Sin embargo, en este momento sigue siendo especulativo si esta visión se materializará. Sin embargo, Kamsma considera que la publicación es un importante paso adelante.
"Representa un avance crucial hacia computadoras capaces no sólo de imitar los patrones de comunicación del cerebro humano sino también de utilizar el mismo medio", afirma. "Quizás esto, en última instancia, allane el camino para sistemas informáticos que reproduzcan más fielmente las extraordinarias capacidades del cerebro humano"
Más información: Tim M. Kamsma et al, Computación inspirada en el cerebro con nanocanales iontrónicos fluídicos, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2024). DOI:10.1073/pnas.2320242121
Información de la revista: Actas de la Academia Nacional de Ciencias
Proporcionado por la Universidad de Utrecht
