El anuncio de encaje neural de Elon Musk fue claramente audaz pero no del todo descabellado. Muchas de sus ideas parecen tener influencia del profesor Charles Lieber, un neurotecnólogo de la Universidad de Harvard.
En los últimos dos años, un equipo de investigadores dirigido por Lieber inyectó pequeñas mallas electrónicas en forma de encaje directamente en cerebros biológicos para permitir grabaciones neuronales durante meses.
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La malla electrónica enrollada se inyecta a través de una aguja de vidrio en una solución a base de agua (Lieber Research Group, Harvard University)
Dos documentos técnicos publicados en Nature detallan sus implementaciones y resultados: electrónica inyectable con jeringa y mapeo cerebral crónico estable a largo plazo a nivel de neurona única. Podemos cubrir una descripción general de alto nivel aquí.
Primero, la malla está recubierta de silicona muy delgada en un polímero con conexiones cruzadas hechas exclusivamente de polímero. Esta estructura es una implementación de lo que se llama transistores de efecto de campo (FET).
Básicamente, piense que es capaz de crear transistores a partir de nanocables y, por lo tanto, a una escala mucho menor que los transistores tradicionales.
Esto continúa el trabajo de Lieber desde principios de la década de 2000 cuando demostró con éxito que los FET de silicio / germanio podían superar a los FET de silicio comunes, y su trabajo de seguimiento en 2011 para convertir esos transistores de nanocables en conjuntos programables de “mosaicos lógicos”. [1]
Los nanocables están hechos de un núcleo de germanio de 10 nm de ancho, rodeado por una capa de silicio de 2 nm de espesor. La principal innovación fue cubrir esos cables con un dieléctrico de tres capas: primero óxido de aluminio, luego óxido de circonio, luego otra capa de óxido de aluminio. El material de tres capas permite que los cables atrapen a los portadores de carga, permitiéndoles actuar como una memoria no volátil, manteniendo un estado positivo o negativo incluso cuando no se aplica corriente. Los nanocables están dispuestos paralelos entre sí, con una fuente y drenaje en cada extremo. Una serie de electrodos de puerta de metal cruza los cables perpendicularmente. Cada nanocable contiene múltiples transistores, porque cada punto de cruce entre el nanocable y la puerta de metal forma un transistor individual.
Entonces, ahora tiene una malla programable de nanocables de silicio elásticos y flexibles. ¿Que sigue?
La malla se pone en líquido, haciendo que se enrolle. Una jeringa con un diámetro tan pequeño como 100 micrómetros puede extraerlo y luego inyectar la malla en regiones específicas de tejido vivo. Una vez en el cerebro, la malla se desenrolla hasta aproximadamente el 80% de su configuración original, se asienta sobre las neuronas y comienza a monitorear.
Puede pensarse que es capaz de inyectar, como en el caso de las vacunas, una red electrónica que se apoya suavemente sobre las neuronas del cerebro y escucha a escondidas lo que están haciendo.
Las señales neuronales de las neuronas individuales se pueden recoger y analizar estadísticamente para inferir patrones mientras los sujetos se someten a actividades mentales como ver la corteza visual durante el aprendizaje o la formación de la memoria. Se puede crear un mapeo para “leer” la actividad mental dado un patrón de señales neuronales.
Para el experimento de 2016 del Lieber Research Group, esta malla electrónica se inyectó en ratones anestesiados en dos partes de su cerebro: el ventrículo lateral y el hipocampo.
En el transcurso de cinco semanas, el sistema inmunitario de los ratones pareció aceptar la nueva electrónica: no hubo respuesta inmunitaria provocada y, además, incluso signos de fusión con las neuronas biológicas sanas. Los implantes de cerebro de malla continuaron permitiendo grabaciones neuronales durante al menos ocho meses, según su informe de seguimiento, con un impacto limitado en la salud observable para los anfitriones.
Como Lieber describe en una entrevista [2]:
El cerebro crece literalmente en todo el cordón neural. Cuando se inyecta, esta malla bidimensional termina siendo como un cilindro que sigue siendo una malla, y se llena con el tejido. En algún proceso, no entendemos todos los detalles, obviamente hay un nuevo crecimiento y una remodelación del tejido rellena este espacio donde la aguja inicialmente movió todo el tejido fuera del camino. Entonces te queda algo donde se interpenetra entre esta estructura aproximadamente cilíndrica de la malla. Podrías imaginar coinyectar esta red, la malla o encaje, con células madre y literalmente regenerar el tejido dañado. Usando un poco de estimulación y otras cosas, podría ayudar a cambiar el cableado de la manera que desee: algo de ciencia ficción, pero no totalmente loco. Ciertamente está en el ámbito de lo que es físicamente posible.
¿Qué es lo siguiente? ¿Cuál es el proceso de desarrollo para que los humanos comiencen a tener mallas en forma de “encaje neural” en nuestras cabezas?
La electrónica neuronal no es nueva. [3] Los cuadripléjicos han aprendido a controlar las extremidades protésicas y los exoesqueletos a través de chips embebidos en el cerebro, y la terapia de choque neuronal ha aliviado a quienes padecen trastornos neuromusculares que causan espasmos. Otras tecnologías electrónicas neuronales se han desestabilizado con el tiempo, se han degradado y han perdido gradualmente la señal a medida que las células sanas enajenan las tecnologías invasivas y permanentes. La integración también suele requerir cirugías importantes, lo que limita el atractivo de la adaptación masiva de los consumidores.
El encaje neural intenta sortear todos estos problemas.
Sin embargo, a pesar de sus resultados prometedores y sin precedentes, todavía depende de los investigadores en este espacio demostrar que los implantes de cerebro de malla funcionan a largo plazo, de manera significativa, sin efectos negativos para los humanos. Años o una década de más investigación.
Y actualmente, las capacidades informáticas derivadas de este trabajo seguirán siendo crudas en el mejor de los casos: inferencia de solo lectura del análisis estadístico. Es posible que solo podamos transmitir meros bytes de información estocástica con codificación / decodificación pesada en ambos lados para que esto suceda. Los sistemas de control solo necesitan unas pocas entradas, pero ¿podría imaginarse introduciendo nueva información textual canalizada a través de Internet? Eso depende de muchos más avances en nanocomputación y neurociencia. Otra década de más investigación en relación con laboratorios industriales bien financiados.
Bueno, al menos los fondos pueden comenzar a llegar a este campo emergente de la luna gracias a Elon Musk. Pero para enfatizar, la “tecnología de encaje neural” no es una tecnología establecida. ¿Cordón neural para comunicaciones, regulación biológica, interfaces de máquina, creación de estado mental, procesamiento de conciencia / sensorial? Nadie sabe cómo será la implementación en el mundo real. Las tecnologías ficticias siempre tientan a obsesionarse.
El profesor Leiber está buscando una dirección más manejable y realista, y también posiblemente más interesante, con su investigación:
Podría seguir, a nivel de neurona individual, los cambios asociados con el envejecimiento en el circuito neural. Tenemos la capacidad de introducir estimulación en estos circuitos que se estaban desacelerando. De hecho, podría estimularlo nuevamente e intentar que el comportamiento vuelva a ser lo que era cuando tenía 30 o 50 años en comparación con lo que sea.
Creo que eso proporcionará información sobre lo que está sucediendo en un nivel biológico muy detallado, en términos de envejecimiento o enfermedades neurodegenerativas.
Entonces, ¿las probables décadas que todavía tenemos que esperar antes de tener alguna posibilidad de ver implantes de cerebro de malla de consumo? Quizás esos serán reembolsados cuando descubramos cómo revertir el envejecimiento mental con las mismas tecnologías.
Notas al pie
[1] El equipo de Harvard hace una lógica programable de nanocables
[2] ¿Este implante cerebral de “cordón neural” nos ayudará a competir con la IA? – Hechos tan románticos – Nautilus
[3] Interfaz cerebro-computadora – Wikipedia
