- Los investigadores han logrado interpretar señales en braille utilizando un modelo de cerebro humano.
- La precisión de identificación alcanzó el 83% cuando tres organoides cerebrales trabajaron juntos.
- Las diferencias naturales entre los organoides cerebrales podrían mejorar su rendimiento.
- El equipo espera explorar más aplicaciones táctiles en el futuro.
Investigadores de la Universidad de Bristol en el Reino Unido han informado que han logrado recibir señales en braille emitidas por sensores táctiles utilizando un modelo de cerebro humano cultivado en laboratorio, respondiendo en un formato que puede ser decodificado por computadoras. El estudio encontró que cada letra en braille generaba un patrón de actividad único en los organoides cerebrales. El decodificador de computadora identificó letras emitidas por un solo organoide cerebral con una precisión de aproximadamente 61%, mientras que al trabajar tres organoides juntos, la precisión aumentó al 83%.
El sistema está compuesto por organoides cerebrales colocados en una matriz de electrodos múltiples, que se sitúa dentro de un dispositivo para mantener vivos a los organoides y registrar sus respuestas. Cada organoide cerebral tiene menos de un milímetro de diámetro (aproximadamente 0.04 pulgadas) y carece de varias estructuras del cerebro real, pero contiene alrededor de 10,000 neuronas y sus células de soporte. La matriz puede recibir señales eléctricas. El equipo de investigación primero aplicó sensores táctiles a 26 letras en braille, convirtiendo las lecturas en patrones de estimulación eléctrica que se transmitieron a los organoides cerebrales, y luego verificó si la actividad neuronal generada mostraba las letras enviadas.
Los investigadores utilizaron una máquina de soporte vectorial, un algoritmo de aprendizaje automático simple, para clasificar los patrones de actividad por letra.
Ventajas del rendimiento de los organoides cerebrales
Los investigadores aún no comprenden por qué el rendimiento de tres organoides cerebrales supera al de un solo organoide. Una posibilidad es que las diferencias naturales entre los organoides, como las conexiones de red, el estado de desarrollo y la actividad continua, les permitan complementarse entre sí. La primera autora, Tianyi Liu, indicó que la combinación de las respuestas de múltiples organoides podría proporcionar información que un solo organoide no podría obtener, aunque esta variabilidad también dificulta la construcción de un sistema estandarizado predecible. El autor senior, Benjamin Ward-Cherrier, señaló que, tras el procesamiento en los organoides cerebrales, los datos táctiles aún contienen suficiente información para clasificar con precisión las letras en braille, y combinar varios organoides puede mejorar aún más el rendimiento.
Para probar la robustez del sistema, el equipo aplicó diferentes filtros de ruido a las señales en braille y luego comparó dos métodos utilizando la misma máquina de soporte vectorial: uno decodificando a partir de las respuestas de los organoides cerebrales y otro decodificando directamente de señales deliberadamente difusas. Los tres organoides cerebrales mostraron una mayor capacidad para identificar letras en medio de ruido artificial, mientras que la decodificación directa fue más susceptible a interferencias.
Direcciones futuras de investigación
Los investigadores enfatizan que estos experimentos no han demostrado si los organoides cerebrales pueden aprender con el tiempo. Solo indican que los organoides cerebrales recibieron y respondieron a las señales en braille. Tianyi Liu señaló que el estudio también utilizó una única tarea táctil, un esquema de codificación fijo y mediciones de actividad neuronal relativamente simples, y no mostró aprendizaje ni cambios a largo plazo. A continuación, Liu indicó que el equipo espera ir más allá del braille, explorando texturas, bordes y otros tipos de estímulos táctiles, con el objetivo final de entrar en tareas de retroalimentación cerrada, permitiendo que los organoides cerebrales reciban retroalimentación sobre sus propias acciones, lo que permitiría investigar si los organoides pueden adaptarse a través de la experiencia.
El estudio fue publicado el 16 de octubre en la revista Frontiers in Artificial Intelligence.
Potencial y desafíos de la tecnología de organoides cerebrales
Este estudio demuestra el potencial de los organoides cerebrales para interpretar señales en braille, mostrando su perspectiva de aplicación en el campo de las computadoras biológicas híbridas. Aunque la colaboración de tres organoides cerebrales mejoró la precisión de identificación, los investigadores aún deben abordar los desafíos de un sistema estandarizado. Las direcciones futuras de investigación incluyen explorar más tipos de estímulos táctiles y sus aplicaciones, lo que no solo podría avanzar en el desarrollo de tecnologías relacionadas, sino también proporcionar una comprensión más profunda de la neurociencia, especialmente en lo que respecta a la capacidad de aprendizaje y adaptación.