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| La red neuronal del cerebro (izquierda) es emulada por una red de nanocables (derecha), que, según las investigaciones, puede aprender y recordar como un cerebro humano. Crédito: Loeffler et al/University of Sydney |
La potente capacidad de procesamiento de información del cerebro puede atribuirse en gran medida a los microcircuitos neuronales establecidos por patrones de conectividad sináptica. Aún no se sabe con exactitud cómo la conectividad neurosináptica da lugar a funciones cognitivas de orden superior como el aprendizaje y la memoria. Sin embargo, una pista importante es que la conectividad neuronal es espaciotemporalmente dispersa y dinámica. En una nueva investigación dirigida por la Universidad de Sídney, el aprendizaje y la memoria se demuestran en un sustrato físico único con estas propiedades.
Las redes de nanohilos son un tipo de nanotecnología fabricada normalmente con diminutos hilos de plata altamente conductores e invisibles a simple vista, recubiertos de un material plástico, que se dispersan entre sí como una malla.
Los hilos imitan aspectos de la estructura física en red de un cerebro humano.
Los avances en las redes de nanocables podrían anunciar muchas aplicaciones en el mundo real, como la mejora de la robótica o los dispositivos con sensores que necesitan tomar decisiones rápidas en entornos impredecibles.
"En esta investigación, descubrimos que la función cognitiva de orden superior, que normalmente asociamos al cerebro humano, puede emularse en hardware no biológico", afirma el Dr. Alon Loeffler, de la Universidad de Sídney y primer autor del estudio.
"Este trabajo se basa en nuestra investigación anterior, en la que demostramos cómo podía utilizarse la nanotecnología para construir un dispositivo eléctrico inspirado en el cerebro con circuitos similares a los de las redes neuronales y señalización similar a la de las sinapsis".
"Nuestro trabajo actual allana el camino para replicar el aprendizaje y la memoria similares a los del cerebro en sistemas de hardware no biológicos y sugiere que la naturaleza subyacente de la inteligencia similar a la del cerebro puede ser física."
"La red de nanocables es como una red neuronal sintética porque los nanocables actúan como neuronas y los lugares donde se conectan entre sí son análogos a las sinapsis", explica la profesora Zdenka Kuncic, de la Universidad de Sídney y autora principal del estudio.
"En lugar de poner en práctica algún tipo de tarea de aprendizaje automático, en este estudio hemos ido un paso más allá y hemos intentado demostrar que las redes de nanocables exhiben algún tipo de función cognitiva".
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| Fotografía de una red de nanocables (izquierda) y de las vías de la red cambiando y reforzándose (derecha). Crédito: Alon Loeffler |
Para comprobar las capacidades de su red de nanocables, los autores la sometieron a una prueba similar a una tarea de memoria habitual en los experimentos de psicología humana, denominada tarea N-Back.
Para una persona, la tarea N-Back podría consistir en recordar una imagen concreta de un gato de entre una serie de imágenes de felinos presentadas en una secuencia.
Una puntuación N-Back de 7, la media para las personas, indica que la persona puede reconocer la misma imagen que apareció siete pasos atrás.
Cuando se aplicó a la red de nanocables, los investigadores descubrieron que podía "recordar" un punto final deseado en un circuito eléctrico siete pasos atrás, lo que significa una puntuación de 7 en una prueba N-Back.
"Lo que hicimos aquí fue manipular los voltajes de los electrodos finales para obligar a las vías a cambiar, en lugar de dejar que la red hiciera lo suyo", explicó el Dr. Loeffler.
"Forzamos a las vías a ir donde queríamos que fueran".
"Cuando implementamos eso, su memoria tuvo una precisión mucho mayor y no disminuyó realmente con el tiempo, lo que sugiere que hemos encontrado una forma de fortalecer las vías para empujarlas hacia donde queremos, y entonces la red lo recuerda".
"Los neurocientíficos piensan que así es como funciona el cerebro, ciertas conexiones sinápticas se fortalecen mientras otras se debilitan, y se cree que así es como recordamos preferentemente algunas cosas, como aprendemos, etc."
Cuando la red de nanocables se refuerza constantemente, llega un punto en que ese refuerzo ya no es necesario porque la información se consolida en la memoria.
"Es algo así como la diferencia entre la memoria a largo plazo y la memoria a corto plazo en nuestro cerebro", explicó el profesor Kuncic.
"Si queremos recordar algo durante un largo periodo de tiempo, tenemos que seguir entrenando el cerebro para consolidarlo, de lo contrario se desvanece con el tiempo".
"Una tarea demostró que la red de nanocables puede almacenar hasta siete elementos en la memoria a niveles sustancialmente superiores a la casualidad sin entrenamiento de refuerzo y con una precisión casi perfecta con entrenamiento de refuerzo".
Fuentes, créditos y referencias:
Créditos a SciNews