Las neuronas artificiales que pueden sustituir a las reales para reparar cerebros con alzhéimer

Un equipo de ingenieros de la Universidad de Massachusetts Amherst ha logrado un avance significativo en el campo de la neurociencia al desarrollar una neurona artificial que imita con precisión el funcionamiento de las neuronas biológicas. Este avance no solo representa un hito en la replicación de las funciones neuronales, sino que también ofrece la posibilidad de reparar circuitos neuronales dañados por enfermedades como el Alzheimer, lo que podría transformar el tratamiento de trastornos neurológicos.

Las neuronas, que son fundamentales para el procesamiento de información en el cerebro humano, han sido objeto de estudio durante décadas. Sin embargo, los intentos previos de crear neuronas artificiales habían fracasado en replicar su eficiencia energética. Según Shuai Fu, estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica y uno de los autores del estudio, el cerebro humano es más de 100 veces más eficiente en términos eléctricos que un circuito de ordenador convencional. Esto significa que mientras el cerebro consume aproximadamente 20 vatios para realizar tareas, un modelo de inteligencia artificial podría requerir más de un millón de vatios.

El nuevo diseño de neurona artificial se basa en un nanohilo de proteína, creado a partir de la bacteria Geobacter sulfurreducens, que tiene la capacidad de generar electricidad. Al integrar este componente en un memristor, los investigadores lograron que la neurona funcionara con un voltaje extremadamente bajo de solo 60 milivoltios, comparable al de las neuronas biológicas. Jun Yao, profesor asociado y autor principal del estudio, destaca que esta neurona artificial opera con una potencia notablemente menor que sus predecesoras.

El diseño de la neurona artificial permite que esta imite las tres fases de actividad eléctrica que ocurren en una neurona biológica: la integración de carga, la despolarización rápida y la repolarización. Para probar su funcionamiento, los investigadores incorporaron sensores capaces de detectar neurotransmisores específicos, como la dopamina y los iones de sodio. Esto les permitió observar cómo la neurona artificial respondía a cambios químicos en su entorno, similar a cómo lo hacen las neuronas en el cerebro humano.

Una de las pruebas más impactantes del estudio consistió en conectar la neurona artificial a células cardíacas humanas vivas. Este experimento demostró que la neurona podía interactuar con tejido biológico, capturando cómo las células cardíacas ajustaban su ritmo en respuesta a la norepinefrina, un medicamento utilizado en tratamientos cardíacos. Este tipo de integración marca un avance notable en la combinación de electrónica y biología, abriendo la puerta a nuevas aplicaciones.

Aunque los resultados son prometedores, los investigadores advierten que aún queda un largo camino por recorrer antes de que estas neuronas artificiales puedan ser utilizadas en aplicaciones clínicas. Actualmente, el prototipo funciona en condiciones controladas en placas de Petri, pero el objetivo es llevar estos avances al interior de un cuerpo vivo, donde podrían empezar a reparar circuitos neuronalmente dañados.

Las implicaciones de este descubrimiento son vastas. No solo podría facilitar el desarrollo de ordenadores que operen con la eficiencia del cerebro humano, sino que también podría revolucionar el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson. Además, se vislumbra la posibilidad de perfeccionar las interfaces cerebro-computadora y crear biosensores que monitoreen en tiempo real la respuesta celular a tratamientos.

Yao también señala que los actuales sistemas electrónicos de detección son a menudo voluminosos e ineficientes. Al eliminar la necesidad de amplificación eléctrica para analizar las señales biológicas, las neuronas artificiales podrían simplificar y optimizar la forma en que interactuamos con nuestros cuerpos. Esto podría llevar a una nueva generación de dispositivos médicos que sean más efectivos y menos invasivos.

En resumen, el avance conseguido por el equipo de UMass Amherst no solo es un triunfo técnico, sino que también podría tener un profundo impacto en la medicina y la tecnología en general. A medida que la investigación continúe, el potencial de estas neuronas artificiales podría redefinir nuestra comprensión y tratamiento de las enfermedades neurológicas, abriendo nuevas avenidas para la innovación en el campo de la salud.