Investigadores de la Universidad de California en Santa Cruz han demostrado que se pueden entrenar pequeños grupos de tejido cerebral cultivado en laboratorio para resolver un problema de ingeniería (equilibrar un polo virtual) utilizando retroalimentación eléctrica cuidadosamente diseñada. Este experimento de prueba de concepto muestra que el tejido neuronal en un plato puede aprender de forma adaptativa, lo que podría proporcionar nuevos conocimientos sobre las enfermedades neurológicas y la capacidad de plasticidad del cerebro.
El experimento: enseñar a los organoides cerebrales a equilibrar un poste
El experimento utilizó organoides corticales, pequeñas estructuras tridimensionales cultivadas a partir de células madre de ratón que imitan ciertos aspectos del tejido cerebral. Estos organoides no son capaces de pensar ni tener conciencia, pero pueden enviar y recibir señales eléctricas y sus conexiones pueden modificarse mediante estimulación. La tarea consistía en controlar un “poste de carro”, una simulación en la que un carro virtual se mueve hacia la izquierda o hacia la derecha para mantener un poste con bisagras equilibrado verticalmente.
Este problema es notoriamente difícil para los sistemas de inteligencia artificial porque requiere ajustes constantes y precisos, no solo una única respuesta correcta. Los organoides se conectaron al entorno virtual y su actividad eléctrica se interpretó como órdenes para mover el carro. La clave era la retroalimentación adaptativa : cuando el organoide funcionaba mal, recibía una breve ráfaga de estimulación eléctrica. Un algoritmo ajustó qué neuronas recibían esta estimulación en función de si patrones similares habían conducido previamente a un mejor control.
Por qué esto es importante: comprender la plasticidad cerebral y las enfermedades
No se trata de crear biocomputadoras funcionales. Más bien, se trata de comprender cómo se adaptan las neuronas para resolver problemas. Según Ash Robbins, investigador de UC Santa Cruz, “Estamos tratando de comprender los fundamentos de cómo las neuronas pueden sintonizarse de forma adaptativa para resolver problemas. Si podemos descubrir qué impulsa eso en un plato, nos brindará nuevas formas de estudiar cómo las enfermedades neurológicas pueden afectar la capacidad del cerebro para aprender”.
Los resultados fueron significativos. Los organoides que recibieron retroalimentación adaptativa equilibraron el polo en el 46% de los ciclos, en comparación con el 2,3% de los que no recibieron retroalimentación y el 4,4% de los que recibieron estimulación aleatoria. Esto muestra que las conexiones neuronales del tejido pueden sintonizarse mediante retroalimentación estructurada.
Los límites y las consideraciones éticas
El aprendizaje del organoide es de corta duración. Después de sólo 45 minutos de inactividad, vuelve al rendimiento inicial. Las investigaciones futuras se centrarán en mejorar su memoria, posiblemente aumentando la complejidad. David Haussler, un bioinformático involucrado en el estudio, enfatizó que el objetivo es avanzar en la investigación del cerebro y tratar enfermedades neurológicas, no reemplazar los controladores robóticos con tejido cultivado en laboratorio.
El uso de organoides del cerebro humano plantearía serias preocupaciones éticas, pero por ahora, esta investigación ofrece una ventana única a los mecanismos fundamentales de la plasticidad cerebral.
Este estudio demuestra que los circuitos neuronales vivos pueden sintonizarse de forma adaptativa mediante retroalimentación estructurada, un hallazgo que podría revolucionar nuestra comprensión de cómo el cerebro aprende y se adapta, y cómo las enfermedades neurológicas interrumpen estos procesos.
