21/Feb/07

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Construcción de un córtex en silicio

Un modelo del cerebro construido con computadoras en microchips diseñadas especialmente podría revelar los secretos de nuestro cerebro.

En Stanford está en marcha un ambicioso proyecto para hacer un modelo en silicio de la corteza cerebral. El cerebro artificial podría ayudar a los científicos a entender cómo lleva adelante sus complejas hazañas de cómputo la parte más recientemente evolucionada de nuestro cerebro, permitiendo que entendamos el lenguaje, que reconozcamos caras y que organicemos nuestro día. También podría dar como resultado la posibilidad de crear nejores prótesis neurales.

"Los cerebros hacen las cosas de una manera que, en lo técnico y conceptual, son novedosas; pueden solucionar sin gran esfuerzo cuestiones que no podemos resolver aún con las máquinas digitales más potentes y modernas", dice Rodney Douglas, profesor en el Instituto de Neuroinformática de Zurich. "Una de las maneras de explorar esto es desarrollar circuitos que vayan en la misma dirección".

Las neuronas se comunican con una serie de pulsos eléctricos, unas señales químicas cambian transitoriamente las características eléctricas de cada célula, que a su vez accionan cambios eléctricos en la siguiente neurona del circuito. En los años 80, Carver Mead, pionero en microelectrónica en el Instituto de Tecnología de California (Caltech), pensó que era posible utilizar los mismos transistores usados para construir chips de computadora para construir circuitos que imitasen las características eléctricas de las neuronas. Desde ese momento, científicos e ingenieros han estado utilizando estas neuronas basadas en transistores para construir circuitos neurales más complicados, construyendo un modelo de la retina, la cóclea (la pieza del oído interno que traduce las ondas acústicas a señales nerviosas) y el hipocampo (una parte del cerebro crucial para la memoria). A este proceso se le llama "neuromorfización".

Ahora Kwabena Boahen, un neuroingeniero de la universidad de Stanford, está planeando el proyecto neuromórfico más ambicioso conocido hasta hoy: crear un modelo en silicio del córtex, o corteza cerebral. La primera generación del diseño estará compuesta por una placa de circuito con 16 chips, cada uno con un arsenal de 256 por 256 neuronas de silicio. Los grupos de neuronas se pueden programar para que tengan diversas características eléctricas, imitando diversos tipos de células de la corteza. Los ingenieros también pueden programar conexiones específicas entre las células para hacer un modelo de la arquitectura en diversas partes de la corteza.

"Deseamos explorar varias ideas, diversos patrones de conectividad, diversas operaciones en estas áreas", dice Boahen. "Hoy, en realidad, no es posible explorar eso". Boahen planea construir chips que otros científicos puedan comprar y utilizar para probar sus propias teorías de cómo funciona la corteza. Y el nuevo conocimiento que se logre se puede aplicar a la siguiente generación de chips.

"Es muy emocionante", dice Terrence Sejnowski, jefe del Laboratorio de Neurobiología Computacional en el instituto Salk, en La Jolla, Califormia, "que la tecnología haya madurado hasta el punto en que es posible pensar en simulaciones en grande". Por ejemplo, Sejnowski estudia cómo interacciona con la corteza el tálamo, un área del cerebro que, según se piensa, cumple la función de retransmitir e integrar la información de diversas partes del cerebro. "En la actualidad podemos hacer pequeñas simulaciones de centenares a miles de neuronas, pero sería grandioso que podamos hacer eso más grande", dice.

La red de un millón de neuronas tendrá una velocidad de proceso equivalente a 300 teraflops, lo que significa que, a diferencia de las simulaciones del córtex en computadora, este modelo "cableado" en silicio será capaz de correr en tiempo eral. "En lugar de correr miles de instrucciones de programa, será sólo corriente que pasa por transistores, igual que en las neuronas verdaderas", dice Boahen.

Por supuesto, el proyecto ofrecerá muchos desafíos. "Tendrán que lograr que una gran cantidad de chips trabajen juntos", dice Douglas. "Nadie ha hecho eso aún: juntar una estructura en la escala que Kwabena tiene en mente". Pero podría convertirse en un momento crucial en el campo. Douglas compara el estado actual de la ingeniería neuromórfica a los primeros tiempos del diseño de chips de computadora. "La gente había estado trabajando en diversos tipos de compuertas lógicas, pero construir chips con computadoras enteras requirió una visión global", dijo.

En última instancia, los ingenieros esperan utilizar la información generada por la corteza de silicio de distintas formas: para construir mejores prótesis neurales, por ejemplo. "El hecho de que esta tecnología sea en tiempo real permite que, en principio, interconectemos la corteza de silicio con la verdadera corteza del cerebro", dice Gert Cauwenberghs, un neuroingneniero de la universidad de California en San Diego. "Está la promesa, por lo menos en el futuro, de construir prótesis para sustituir funciones motoras o sensoriales perdidas".

Fuente: Technology Review. Aportado por Eduardo J. Carletti