Ver video
Nuestro poder cerebral podría ser 100 veces mayor
Este descubrimiento podría revolucionar el futuro
¿Alguna vez ha utilizado un amplificador de música antiguo? Si es así, es posible que ya haya experimentado cómo suena la activación de una neurona. El rápido estallido de estática, la rápida secuencia de estallidos y el zumbido áspero y abrasivo que traumatiza tus oídos.
Los neurocientíficos han intentado durante mucho tiempo escuchar el parloteo eléctrico de las neuronas en ratas para decodificar el código neuronal.
Al descifrar el código, es posible que podamos imitar mejor la forma en que se comunican las neuronas y, en consecuencia, crear potentes ordenadores que funcionen como el cerebro humano.
Pero aún no hemos descifrado el código y es posible que estemos muy lejos de descifrarlo.
Lo que sí sabemos es que el cerebro está compuesto por un 77 por ciento de agua y pesa alrededor de 3 libras; con 100 mil millones de neuronas, cada una conectada química y eléctricamente con miles de otras para crear la red más compleja del mundo.
Tiene más interconexiones (alrededor de 1 billón de conexiones que se conocen como sinapsis que conectan las células) que estrellas y planetas en la Vía Láctea.
Pero, ¿cómo funciona todo y cómo nuestro cerebro hace que nuestro corazón lata, nos ayude a respirar sin pensar, soñar, aprender, recordar, sentir, enamorarse, oler y muchas otras funciones cotidianas y de la vida?
Esas son algunas de las grandes cuestiones que los científicos y filósofos han abordado desde el principio de los tiempos.
René Descartes incluso propuso que la mente y la materia eran dos cosas diferentes y que la actividad humana era la consecuencia del dualismo en el que la mente controlaba el cuerpo.
Desde entonces, las respuestas han sido pocas y vagas. Hasta un estudio pionero realizado por investigadores de UCLA.
Los investigadores encontraron que nuestros cerebros pueden ser 100 veces más poderosos de lo que se pensaba anteriormente.
Este artículo presentará los principales hallazgos del estudio y sus implicaciones para el desarrollo de la medicina y la inteligencia artificial.
Primero echemos un vistazo a la inteligencia artificial, ya que todo lo que hemos escuchado es la amenaza de la IA y su impacto en nuestra vida tal como la conocemos.
Inteligencia artificial y cerebro humano
La computadora más poderosa en la actualidad es el cerebro humano. Comparemos el cerebro humano con una computadora por un minuto.
Las personas y las computadoras parecen tener habilidades para armonizar: las computadoras son excelentes en tareas en las que los humanos son terribles y los humanos son excelentes en ciertas tareas que las computadoras aún no pueden realizar.
Las computadoras son excepcionalmente rápidas: son mucho más rápidas en matemáticas y tareas repetitivas para las que los humanos simplemente no tienen tiempo o se aburren rápidamente. Pueden multiplicar 123,777 por 12,889,385 muy rápido.
Los humanos, por otro lado, son excelentes en el reconocimiento de patrones, el pensamiento creativo y las habilidades del lenguaje.
Las computadoras están mejorando en esas cosas, especialmente en el reconocimiento de patrones, pero todavía no pueden hacerlo tan bien como los niños.
Por ejemplo, reconocimiento facial. Los humanos pueden reconocer rostros en varios contextos; incluso rostros disfrazados, envejecidos u oscurecidos. Las computadoras no pueden igualar nuestras habilidades en tales tareas. Todavía.
Ese es el objetivo de la inteligencia artificial (IA): crear un sistema informático que pueda aprender y procesar imágenes. Es un sistema de computación que intenta imitar el poder del cerebro humano para crear máquinas similares a las humanas.
Los científicos están interesados en la IA porque puede usarse para cosas como vigilancia y reconocimiento facial. Tener sistemas informáticos que puedan resolver problemas de forma autónoma y aprender nuevos terrenos puede ser beneficioso de muchas maneras y en muchas industrias.
Sin embargo, imitar el cerebro humano es difícil. Casi imposible en este punto.
Porque para imitar el cerebro humano, primero tenemos que entender cómo funciona el cerebro. Por lo tanto, los científicos tienen que rediseñar y modificar completamente una computadora de hardware a software y todo lo demás, debido a cómo funcionan nuestros cerebros y cómo se alimentan.
Piénselo de esta manera: las supercomputadoras funcionan con megavatios mientras nuestro cerebro funciona con agua y ensaladas (o hamburguesas, para algunos) para funcionar.
Millones de años de evolución significan que nuestros cerebros pueden funcionar con recursos limitados para funcionar de manera tan eficiente de lo que podemos trabajar más que una supercomputadora para procesar información compleja sin agotar nuestros bancos de energía.
Las computadoras tienen un núcleo poderoso pero tienen una larga lista de tareas que se ejecutan y procesan en una secuencia. Nuestros cerebros, por otro lado, tienen neuronas que están conectadas de manera paralela. Eso significa que tenemos ventajas únicas en aprendizaje y reconocimiento.
Eso también significa que usamos solo lo que necesitamos y cuando lo necesitamos, y no desperdiciamos energía ejecutando procesos en segundo plano que ralentizan las computadoras.
No podemos emular el mismo proceso en las computadoras a menos que entendamos cómo funciona realmente el cerebro, su estructura y los procesos que utiliza para enviar señales.
En una entrevista con el experto en IA Pascal Kaufmann , Ben Dickson de TechTalks, filosofa sobre lo cerca que estamos de crear IA y de replicar con precisión el cerebro humano.
Kaufmann cree que no estamos cerca hasta que comencemos a comprender el funcionamiento interno del cerebro humano, mucho más profundamente.
Y mucho de esto tiene que ver con la comprensión de la red neuronal.
Kaufmann dice, "mientras que en una red neuronal artificial clásica, la célula cerebral A está conectada con la célula cerebral B a través de una conexión más gruesa o más delgada, a menudo existen varios cientos de conexiones en diferentes longitudes y fortalezas entre las dos células cerebrales biológicas".
Y ese tipo de conexiones funcionan muy bien en el mundo biológico, pero no tienen sentido en los campos científicos o de ingeniería. Eso, junto con el hecho de que la célula del cerebro humano dispara a un rango de 20 Hertz mientras que una CPU dispara a una velocidad de varios giga-Hertz.
Kaufmann continúa diciendo que "el cerebro, sin embargo, supera en número a nuestras CPU rápidas por la gran cantidad de células cerebrales y sinapsis (conexiones entre las células cerebrales)".
Además, nuestros cerebros pueden ser 100 veces más poderosos de lo que se pensaba, según investigadores de UCLA. El hallazgo presenta desafíos y oportunidades para los ingenieros de inteligencia artificial.
Echemos un vistazo al estudio.
¿Qué tan poderosos son nuestros cerebros?
Un nuevo estudio , realizado por investigadores de UCLA, podría cambiar nuestra comprensión de cómo funciona nuestro cerebro y podría conducir a avances en el tratamiento de trastornos neurológicos y al desarrollo de computadoras que piensen más como humanos.
Los investigadores observaron la estructura y función de las dendritas, que son componentes de las neuronas (células nerviosas del cerebro). Específicamente, las neuronas son grandes configuraciones en forma de árbol que tienen un cuerpo, un soma y varias ramas llamadas dendritas.
Los somas crean breves pulsos eléctricos, conocidos como "picos", para comunicarse y conectarse entre sí.
Los científicos tenían la creencia de que los picos de soma activan dendritas que luego envían corrientes a otros somas. Pero eso no se había probado antes. Ese proceso es en realidad la raíz de cómo se crean y se guardan los recuerdos.
Los científicos también creían que esa era la función principal de las dendritas.
Sin embargo, los investigadores de UCLA encontraron que las dendritas no eran solo canales inertes. Descubrieron que las dendritas son eléctricamente activas en animales que se mueven libremente y que producen 10 veces más picos que los somas .
Ese hallazgo desafía la creencia de que los picos en el soma son la principal forma en que ocurren el aprendizaje, la percepción y la formación de la memoria.
Los científicos también habían pensado anteriormente que las dendritas envían sumisamente las corrientes que obtuvieron de las intersecciones entre dos neuronas, al soma, que luego genera un impulso eléctrico.
Se pensaba que esos estallidos, conocidos como picos somáticos, estaban en el centro de la computación y el aprendizaje neuronales. Sin embargo, el nuevo estudio mostró que las dendritas crean sus propios picos diez veces más a menudo que los somas.
Los investigadores también descubrieron que las dendritas también crean grandes oscilaciones de voltaje.
Los somas generan picos de todo o nada, similares a las computadoras digitales; mientras que las dendritas producen voltajes fluctuantes grandes y lentos, que son incluso más grandes que los picos. Eso sugiere que las dendritas realizan cálculos analógicos.
"Descubrimos que las dendritas son híbridos que realizan cálculos tanto analógicos como digitales, que por lo tanto son fundamentalmente diferentes de las computadoras puramente digitales, pero algo similares a las computadoras cuánticas que son analógicas". dijo Mayank Mehta , investigador principal de UCLA y profesor de física y astronomía.
Mehta continúa, “una creencia fundamental en la neurociencia ha sido que las neuronas son dispositivos digitales. Generan un pico o no. Estos resultados muestran que las dendritas no se comportan puramente como un dispositivo digital.
“Las dendritas generan picos digitales, todo o nada, pero también muestran grandes fluctuaciones analógicas que no son todas o ninguna. Esta es una desviación importante de lo que los neurocientíficos han creído durante unos 60 años ".
Dado que las dendritas tienen una capacidad casi 100 veces mayor que los centros neuronales, Mehta cree que la gran cantidad de picos dendríticos podría significar que el cerebro tiene más de 100 veces la capacidad computacional de lo que se pensaba anteriormente.
Jason Moore, el primer autor del estudio, dijo que "muchos modelos anteriores suponen que el aprendizaje ocurre cuando los cuerpos celulares de dos neuronas están activos al mismo tiempo".
“Nuestros hallazgos indican que el aprendizaje puede tener lugar cuando la neurona de entrada está activa al mismo tiempo que una dendrita está activa, y podría ser que diferentes partes de las dendritas estén activas en diferentes momentos, lo que sugeriría mucha más flexibilidad en cómo el aprendizaje puede ocurrir dentro de una sola neurona ".
Su investigación ha proporcionado un marco para varias cuestiones médicas y científicas, como el diagnóstico y tratamiento de enfermedades y la construcción de computadoras.
Sin embargo, Mehta dijo que el marco se basa en el entendimiento de que el cuerpo celular toma las decisiones y que el proceso es digital.
Dijo, “lo que encontramos indica que tales decisiones se toman en las dendritas con mucha más frecuencia que en el cuerpo celular, y que tales cálculos no son solo digitales, sino también analógicos.
“Debido a las dificultades tecnológicas, la investigación sobre la función cerebral se ha centrado principalmente en el cuerpo celular. Pero hemos descubierto la vida secreta de las neuronas, especialmente en las extensas ramas neuronales. Nuestros resultados cambian sustancialmente nuestra comprensión de cómo se calculan las neuronas ".
El estudio responde a muchas preguntas en el campo de la neurociencia, pero aún deja algunas preguntas sin respuesta, especialmente para los ingenieros de inteligencia artificial.
La ciencia también tiene que demostrar aún cómo y dónde se almacenan los recuerdos. Kaufmann pregunta, "¿está en los patrones de activación de las células cerebrales, hay ciertas proteínas de memoria o incluso necesitamos sumergirnos profundamente en el espacio de los subátomos para tener en cuenta los efectos subcuánticos?"
Kaufmann explica que “si bien se entiende bastante bien una computadora, el cerebro alberga una serie de secretos, un hecho que convierte la neurociencia y la inteligencia artificial en algunos de los campos de investigación más interesantes de nuestro tiempo.
“No necesitamos comprender el papel y el propósito de cada célula del cerebro, sino comprender el principio fundamental de cómo funcionan nuestras mentes y cuál es la esencia de la inteligencia.
“Me gusta comparar esto con Newton y la manzana: el primer paso para comprender las complejas ciencias del cosmos comenzó cuando comenzamos a comprender los principios de la gravedad.
"Una vez que comprendemos los patrones y principios del cerebro, podemos usar esa comprensión y aplicarla para desarrollar una IA similar a la humana".
Lo que sí sabemos es que el estudio abre el camino a nuevos descubrimientos dentro del campo médico. Podría ayudar a los neurocientíficos a tratar trastornos neurológicos específicos.
Es importante echar un vistazo a un estudio más reciente que también desbloquea el poder del cerebro humano.
Nuestros cerebros tienen un potencial infinito
Nuestro cerebro genera nuevas células nerviosas hasta bien entrada la vejez. No, no lo inventamos, es un hallazgo de un estudio reciente .
El estudio encontró que las personas sanas de 70 años tienen la misma cantidad de células nerviosas o neuronas en la parte del cerebro relacionada con la memoria que los adolescentes.
Sugiere que nuestro hipocampo sigue generando nuevas neuronas a lo largo de nuestras vidas.
Los hallazgos contradicen un estudio anterior que sugería que la neurogénesis en el hipocampo cesa en la infancia. Los hallazgos también refuerzan otros cuerpos de investigación que muestran que el cerebro humano adulto puede generar nuevas neuronas.
Sin embargo, esos estudios indicaron que el proceso de generación de neuronas disminuye con el tiempo. Este nuevo estudio muestra que el proceso no se detiene en absoluto.
Los investigadores observaron el hipocampo de los cerebros autopsiados de 17 hombres y 11 mujeres de entre 14 y 79 años.
Si bien los estudios anteriores se basaron en donaciones de pacientes que no tenían antecedentes médicos detallados, en este estudio de investigación, los donantes no tenían antecedentes de enfermedades psiquiátricas o crónicas; y no dio positivo por alcohol o drogas. Eran saludables en todos los sentidos de la palabra.
Los investigadores también pudieron observar todo el hipocampo en lugar de solo unos pocos cortes. Eso les permitió realizar evaluaciones más precisas del número de neuronas.
Para encontrar signos de neurogénesis, los investigadores buscaron proteínas específicas que son producidas por neuronas en ciertas etapas de desarrollo. Las proteínas GFAP y SOX2 son producidas por células madre que eventualmente las convierten en neuronas, mientras que las proteínas Ki-67 se producen más en las neuronas recién nacidas.
Los investigadores encontraron esas neuronas recién nacidas en todos los cerebros.
La cantidad de células madre neuronales era un poco menor en personas de 70 años en comparación con personas de 20 años, pero los cerebros más viejos todavía tenían muchas de esas células. La cantidad de neuronas jóvenes en etapas de desarrollo intermedias a avanzadas fue la misma en los cerebros de todos los participantes.
Sin embargo, los cerebros ancianos sanos tenían cifras de degeneración. Los investigadores encontraron menos evidencia de la creación de nuevos vasos sanguíneos y menos marcadores de proteínas que significan neuroplasticidad (la capacidad del cerebro para crear nuevas redes entre neuronas).
Es demasiado pronto para predecir qué significan esos hallazgos para la función cerebral, ya que el estudio se realizó en cerebros autopsiados. Entonces, ¿por qué mencionamos este estudio?
Porque también es innovador al resaltar el poder del cerebro humano y también podría (potencialmente) conducir a avances en neurociencia e inteligencia artificial.
Comprender cómo cambian los cerebros humanos con el tiempo es muy importante para los investigadores que se ocupan de comprender las condiciones mentales que afectan a los cerebros más viejos, como la depresión, la pérdida de memoria y el estrés.
Terminando
El descubrimiento de que las dendritas son 100 veces más grandes que los somas significa que los cerebros podrían tener 100 veces más capacidad. Eso también significa que tenemos una mayor capacidad para calcular información.
Eso posiblemente podría conducir a más descubrimientos en el campo médico; específicamente, sobre cómo tratar las condiciones neurológicas.
Los dos estudios que cubrimos también muestran que tenemos mucho más que aprender sobre el cerebro humano y su capacidad completa.
Realmente, todavía no podemos saber realmente de lo que es capaz el cerebro humano, pero los estudios marcan algunos pasos más cerca de descubrirlo.
Las posibilidades parecen infinitas.
