Estas células cerebrales en un plato saben jugar Pong

Un sistema llamado "DishBrain" podría ser importante para probar medicamentos para la epilepsia y la demencia en el futuro.

Los científicos han enseñado a 800.000 células cerebrales vivas en un plato cómo jugar el icónico juego de arcade "Pong".

Este es el trabajo de un equipo de neurocientíficos y programadores de Cortical Labs, Monash University, RMIT University, University College London y el Canadian Institute for Advanced Research. Sus hallazgos detallados se publicaron a principios de este mes en la revista Neurona.

Por supuesto, la configuración real es más compleja que simplemente poner una bola de neuronas en una placa de Petri. En este sistema, llamado DishBrain, las células nerviosas se superponen a una matriz de electrodos múltiples, que es como una especie de chip CMOS que puede leer cambios muy pequeños en la actividad eléctrica en el neurona.

Las células nerviosas tienen potenciales de acción bien conocidos: se dispararán en respuesta a un cierto secuencia de cambios de voltaje

a través de la membrana celular. Esto hace que se comporten casi como puertas en un circuito de computadora.

Las células se conectan entre sí, se integran en el chip y pueden sobrevivir durante muchos meses. La matriz de electrodos permite a los investigadores enviar y leer señales de las células nerviosas en ubicaciones específicas de la red, a una velocidad determinada. Entonces, los electrodos en la matriz podrían dispararse en un lado u otro para decirle a DishBrain dónde estaba la pelota, y la frecuencia de las señales podría indicar qué tan lejos estaba la pelota de la paleta. Al encender una cierta disposición preprogramada de electrodos, DishBrain podría desencadenar actividades motoras, como mover la paleta del juego hacia arriba y hacia abajo.

“Podemos decodificar la información que sale y codificar la información que entra solo a través de estos dispositivos eléctricos muy pequeños. señales y usar eso para representar lo que les está sucediendo a las células ", dice Brett Kagan, director científico de biotech puesta en marcha laboratorios corticales y el autor principal de la Neurona papel. “Los videojuegos ayudan a la gente a entender lo que está pasando. Si simplemente lo hiciéramos como una función de números aleatorios, la gente no apreciaría ni entendería el significado de los resultados”.

Pero, ¿por qué eligieron “Pong”?

“Desde una perspectiva científica, necesitábamos una tarea que fuera en tiempo real, continua y que tuviera una condición de pérdida realmente discreta. (la condición ganadora no era tan importante) eso fue bastante fácil de conceptualizar y codificar en las celdas”, dice Kagan.

También es un juego que ha sido un elemento básico de prueba para la comunidad de neurociencia computacional. Por ejemplo, en 2013, DeepMind de Google usó "Pong" para entrenar sus algoritmos de aprendizaje automático.

“Si lo piensas, en realidad hay alrededor de seis reglas sobre cómo funciona este entorno. Esto es lo que llamamos un panorama de información estructurada”, dice Hon Weng Chong, director ejecutivo de Cortical Labs. “La conclusión que tenemos es que estas neuronas deben estar tratando de crear un modelo internamente [influenciado por estas seis reglas]. Sea lo que sea, aún no lo sabemos del todo, y queda pendiente de estudio. Y está tratando de usar eso para optimizar los parámetros que establecemos, que es: no pierdas la pelota, golpea la pelota”.

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Más allá de descubrir cómo surge exactamente la "inteligencia" percibida de DishBrain, como siguiente paso, el equipo quiere poner a prueba su rendimiento contra una red neuronal artificial. También quieren ver qué tan bien DishBrain juega el juego bajo la influencia de las drogas y el alcohol.

“Queremos mostrar que hay una curva de respuesta a la dosis en su capacidad para jugar el juego como una forma de validar que estas neuronas se pueden utilizar en ensayos y descubrimientos de fármacos reales y también para la medicina personalizada”, dice Chong.

Cuando Cortical Labs salió del sigilo en marzo 2020, tenía el objetivo de construir chips de computadora biológicos.

Las células cerebrales, señala Kagan, son un sistema de biomaterial interesante que puede procesar información de manera eficiente en tiempo real sin necesidad de montañas de muestras de entrada. “Una mosca, un sistema muy simple, tiene más inteligencia general en términos de navegar por su entorno que el mejor aprendizaje automático”, dice. “Lo hace con una fracción del consumo de energía. ¿Por qué imitar lo que puedes aprovechar?

Pero si bien el uso de este tipo de chips para aplicaciones en la investigación informática es interesante, Cortical Labs tiene un enfoque más inmediato sobre cómo planea comercializar su plataforma tecnológica.

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“Creo que el principal aspecto comercial para nosotros es ayudar a los investigadores en espacios muy difíciles como la investigación de la demencia, la epilepsia, e incluso la depresión, utilizan la tecnología que hemos desarrollado para buscar nuevas terapias y nuevos medicamentos”, dice Chong. “Ese es el tipo de punto de vista de comercialización que estamos tratando de observar en la empresa”.

Dado que las células nerviosas utilizadas en DishBrain pueden derivarse de células madre humanas pluripotentes, esto abre posibilidades para la medicina personalizada. “Puedes tomar muestras de donantes, cultivar neuronas genotípicamente similares, que luego podemos usar para probar medicamentos, que con suerte tendrán los mismos parámetros que las células del donante”, dice Chong. Esto posiblemente podría acortar el proceso de prueba a través de diferentes tratamientos para condiciones como la epilepsia. “Si tuviera un sistema en el que pudiera obtener su respuesta de inmediato sobre qué medicamento tomar para obtener el mejor resultado con la menor cantidad de efectos secundarios, esto sería un gran cambio de juego para la vida de muchas personas con este enfermedad." 

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