Enseñan a jugar al 'Pong' a un conjunto de neuronas cultivadas en laboratorio

Un equipo de científicos ha logrado que un conjunto de neuronas se eche una partida de Pong. 

Se trata de un sistema de red neuronal que responde al nombre de DishBrain que ha logrado que 800.000 células cerebrales pueda jugar a este clásico título retro. 

Es un experimento de inteligencia biológica sintética que muestra que las neuronas pueden ajustar su actividad para realizar una tarea específica y, cuando reciben retroalimentación, puede aprender a realizar mejor esa tarea. 

"Hemos demostrado que podemos interactuar con las neuronas biológicas vivas de tal manera que las obliga a modificar su actividad, lo que lleva a algo que se asemeja a la inteligencia", revela el neurocientífico Brett Kagan de la empresa emergente de biotecnología Cortical Labs en Australia.

DishBrain es una mezcla de neuronas extraídas de ratones embrionarios y neuronas humanas cultivadas a partir de células madre. Estas células se cultivaron en matrices de microelectrodos que podrían activarse para estimular las neuronas, proporcionando así información sensorial, tal y como apuntan en Science Alert. 

Trasladado a Pong, funciona de la siguiente forma: los microelectrodos a ambos lados del palto indican si la pelota está a la izquierda o a la derecha, mientras que la frecuencia de las señales transmiten la distancia de la misma. 

Con solo esta configuración, DishBrain es capaz de mover la pala para encontrar la pelota y devolver el golpe, pero en general se desenvuelve algo mal. Para jugar bien al juego, las neuronas necesitan retroalimentación.

En este sentido, el equipo desarrolló un software para enviar críticas a través de electrodos cada vez que DishBrain fallaba la pelota. Con esto, el sistema mejoró radicalmente.

"El aspecto hermoso y pionero de este trabajo se basa en dotar a las neuronas de sensaciones (la retroalimentación) y, lo que es más importante, la capacidad de actuar en su mundo", apunta el neurocientífico teórico Karl Friston del University College de Londres.

"Sorprendentemente, las culturas aprendieron cómo hacer que su mundo fuera más predecible al actuar sobre él. Esto es notable porque no se puede enseñar este tipo de autoorganización; simplemente porque, a diferencia de una mascota, estos minicerebros no tienen sentido de la recompensa y el castigo", agrega. 

Hace unos años, Friston desarrolló una teoría llamada principio de energía libre, que propone que todos los sistemas biológicos se comporten de manera que se reduzca la brecha entre lo que se espera y lo que se experimenta; en otras palabras, para hacer que el mundo sea más predecible.

Al ajustar sus acciones para hacer que el mundo sea más predecible, continúa Friston, DishBrain simplemente está haciendo lo que la biología hace mejor.

"Elegimos Pong por su simplicidad y familiaridad, pero también porque fue uno de los primeros juegos que se usaron en el aprendizaje automático, así que queríamos reconocer eso", explica Kagan.

"Se aplicó un estímulo impredecible a las células, y el sistema como un todo reorganizaría su actividad para jugar mejor el juego y minimizar tener una respuesta aleatoria. También puedes pensar que simplemente jugar, golpear la pelota y recibir una estimulación predecible, está inherentemente creando entornos más predecibles", añade.

Las posibilidades que abre este experimento son fascinantes. 

Como muestra, un botón: el cerebro humano contiene alrededor de 80.000 a 100.000 millones de neuronas, unos números muy superiores al de cualquier ordenador. Un experimento requirió 82.944 procesadores, un petabyte de memoria y 40 minutos para replicar un solo segundo de la actividad del 1% del cerebro humano. 

Si la arquitectura es más parecida a la de un cerebro real, tal vez incluso un sistema biológico sintético como el desarrollado por Kagan y sus colegas, puede acercar este objetivo. 

Y como es lógico, DishBrain podría hacer mucho más que jugar al Pong. 

Podría ayudar a los químicos a comprender los efectos de varios medicamentos en el cerebro, a nivel celular, o incluso ayudar a adaptar los medicamentos a la biología específica de un paciente, utilizando neuronas cultivadas a partir de células madre obtenidas mediante ingeniería inversa de la piel de ese paciente.

"El potencial de traducción de este trabajo es realmente emocionante: significa que no tenemos que preocuparnos por crear 'gemelos digitales' para probar intervenciones terapéuticas", cuenta Friston. 

"Ahora tenemos, en principio, la 'caja de arena' biomimética definitiva en la que probar los efectos de las drogas y las variantes genéticas: una caja de arena constituida exactamente por los mismos elementos informáticos (neuronales) que se encuentran en su cerebro y en el mío", sentencia. 

Por ahora, el siguiente paso es averiguar cómo las drogas y el alcohol afectan a la capacidad de DishBrain para jugar al Pong. 

"Estamos tratando de crear una curva de respuesta a la dosis con etanol; básicamente, 'emborracharlos' y ver si juegan peor, como cuando la gente bebe", añade Kagan.