En los últimos años los cirujanos cuentan con nuevos compañeros de viaje que James Cameron nunca pudo imaginar para su Terminator: los robots quirúrgicos. Seguramente el más conocido de todos sea el Da Vinci, y no por su nombre humanista, sino por tratarse del instrumento quirúrgico más sofisticado que existe. Siempre a las órdenes del cirujano, aumenta la capacidad del equipo humano para operar con precisión y destreza. Reduce el temblor y proporciona una visión tridimensional de la anatomía del paciente.

“El cirujano realiza la intervención en la consola y el robot se limita a trasladar sus movimientos al paciente. El robot no se mueve si no hay cirujano al mando”, apunta la Dra. Elena Ortiz, especialista del Servicio de Cirugía General y Digestivo del Complejo Hospitalario Ruber Juan Bravo de Madrid y presidenta de la Sociedad Española de Cirugía Laparoscópica y Robótica (SECLA).

Junto al paciente se colocan la torre de visión formada por controladores, vídeo, audio y procesadores de imagen y el carro quirúrgico que consta de tres o cuatro brazos robóticos interactivos que se controlan desde la consola, y en el extremo de los cuales se acoplan las herramientas que se necesitan para operar: bisturís, tijeras, unipolar…

El sistema robótico ha tenido un impacto positivo en la vida de las mujeres en intervenciones de histerectomía vaginal o en hombres, en el campo de la urología para realizar prostatectomía. También se utiliza en cirugías de cáncer colorrectal, esofágicas, bariátricas, cardiotorácicas, torácicas o pediátricas.

El Hospital Universitario Quirónsalud Madrid es todo un referente en su uso, como demuestra el hecho de que este año han superado ya las 100 cirugías de extracción de tumores de pulmón utilizando este robot quirúrgico. "Nos permite llevar a cabo intervenciones complejas de cirugía torácica a través de microincisiones, con mayor seguridad y precisión gracias a la visión tridimensional y en alta definición que ofrece el robot y al mayor rango de movilidad de sus instrumentos, incluso superior al de la mano humana", resalta el Dr. Javier Moradiellos, jefe del Servicio de Cirugía Torácica del citado hospital madrileño.

La cirugía robótica transoral ha permitido llegar hasta la base de la lengua que es la estructura implicada en la obstrucción de la vía aérea. Gracias a este sistema se están consiguiendo alcanzar tasas de resultados positivos hasta en el 80% de los casos gracias a una cirugía mínimamente invasiva que utiliza los orificios naturales. Esto se conoce como cirugía NOTES.

El Dr. Antonio de Lacy, director del Instituto Quirúrgico Lacy, dentro del Hospital Quirónsalud Barcelona, lleva aplicando esta técnica desde 2011. Aunque en un principio comenzaron con las intervenciones de cáncer de colon a través de la vagina, se encontraron un problema, y es que solo podían intervenir al 50% de la población. “Lo que hicimos fue focalizarnos en la cirugía colorrectal a través del ano. El ano lo tiene el 100% de la población. En Barcelona se hizo por primera vez en el mundo la cirugía en el recto a través del ano. El 14 de noviembre de este año se cumplen 10 años de la primera intervención de esta patología a través de los orificios naturales, por lo que nos sentimos contentos y orgullosos”.

Pruebas y más pruebas

Antes de dar con el diseño óptimo y definitivo del BiofilmChip, los investigadores construyeron varios prototipos de distintos tamaños y características. «Estos chips son sistemas microfluídicos, donde las biopelículas crecen en cámaras de tamaño reducido, bañadas por cantidades muy pequeñas de fluidos. Pero, a pesar de requerir poco espacio y reactivos, los dispositivos son muy sensibles a variaciones de flujo», señala Torrents. Tras múltiples pruebas, el equipo concluyó que el chip debía tener una cámara rectangular, de dos milímetros de ancho y diez de largo, con una altura de 150 micrómetros para asegurar la formación correcta y uniforme de los biofilms. «Además, le añadimos una pre-cámara de dos milímetros de diámetro para minimizar las perturbaciones ocasionadas por las manipulaciones manuales, como la inoculación o el análisis de la muestra».

El siguiente paso fue evaluar la utilidad del dispositivo en muestras de pacientes. Para ello, los investigadores recogieron esputos de personas afectadas por fibrosis quística, una enfermedad pulmonar caracterizada por la acumulación de moco en los pulmones y otros tejidos. Dicha acumulación ocasiona infecciones pulmonares crónicas, normalmente en forma de biofilm. «La gran ventaja del chip respecto a los métodos de cultivo en placas de Petri, que se realizan de rutina en los hospitales, es que reproducen el desarrollo de la biopelícula, así como la interacción entre las distintas especies que la conforman. En cambio, durante el crecimiento convencional en placas, algunos de estos microorganismos pueden perderse, por lo que el modelo que obtenemos es incompleto y dificulta investigar nuevos tratamientos», comenta Torrents.

Y es que el objetivo final del equipo es poder usar el dispositivo para estudiar de forma personalizada las infecciones por biofilms y hallar la mejor estrategia terapéutica para cada paciente.

Marta Pulido Salgado

Referencia: «A new BiofilmChip device for testing biofilm formation and antibiotic susceptibility», de N. Blanco-Cabra et al., en npj Biofilms and Microbiomes. 7: 62, publicado el 3 de agosto de 2021.

Publicado en Nature Medicine

Para los pacientes con tumores cerebrales, el primer paso del tratamiento suele ser una cirugía para eliminar la mayor cantidad posible de masa tumoral. Las muestras tumorales que se obtienen y analizan durante la cirugía sirven para diagnosticar con precisión el tumor y definir los márgenes entre el tumor y el tejido cerebral sano.

No obstante, este análisis patológico durante la cirugía (biopsia por congelación intraoperatoria) y un anatomopatólogo debe preparar y analizar la muestra mientras el cirujano y el paciente esperan los resultados. Ahora, en un nuevo estudio se indica que mediante el uso combinado de inteligencia artificial y una técnica avanzada de obtención de imágenes es posible diagnosticar con precisión los tumores cerebrales en menos de 3 minutos durante la cirugía. Con este método también se diferenció con exactitud el tejido tumoral del tejido sano. Éste estudio abre las puertas para "ofrecer acceso sin precedentes al diagnóstico intraoperatorio de tejido mientras el paciente está en la mesa de operaciones.

Mejora de la precisión quirúrgica

Es posible determinar el grado en que se logró eliminar el tumor durante la cirugía y, también mediante una resonancia magnética (IRM) posoperatoria que muestre cuán completa fue la extirpación. Al eliminar la mayor cantidad posible de tejido tumoral durante la cirugía se mejora la supervivencia de los pacientes. Sin embargo, si se extirpa demasiado tejido cerebral sano durante la cirugía, se producen consecuencias graves y dañinas para los pacientes, como deterioro en la motricidad, pérdida de memoria o problemas de la vista.

Para evaluar este aspecto, los investigadores analizaron también la capacidad de la nueva técnica para distinguir entre el tejido cerebral tumoral y el tejido sano mientras el paciente seguía en cirugía.

Debido a que las células tumorales a veces se infiltran al tejido sano, es difícil identificar a simple vista el límite entre el tejido tumoral y el tejido sano durante la cirugía. La técnica de inteligencia artificial divide la imagen de cada muestra en sectores más pequeños y esto permite a los cirujanos identificar con rapidez y claridad las áreas con tejido tumoral o tejido sano. Además, debido a que "el pronóstico de los pacientes depende del alcance de la resección", aclaró el doctor Zaghloul, si contamos con información más precisa sobre el margen entre el cerebro y el tumor "podríamos obtener mejores resultados de tratamiento para los pacientes y menos complicaciones por la cirugía porque se conserva más tejido sano.

El futuro de la inteligencia artificial en los tumores cerebrales

Antes de que el uso de esta nueva técnica se extienda a otros centros e instituciones, "se necesita probar la técnica de forma fiable con más pacientes y ampliar su uso para incluir los tumores cerebrales poco comunes", concluyó el doctor Zaghloul.

En la actualidad, la imaginología por SRH se usa en varios centros oncológicos importantes de los Estados Unidos. El doctor Orringer explicó que tanto la inteligencia artificial como la imaginología por SRH son técnicas emergentes, o sea que habrá desafíos para integrarlas a la atención médica, como problemas financieros o reglamentarios, y de capacitación del personal clínico.

No obstante, el doctor Orringer espera que el uso de la técnica combinada de SRH e inteligencia artificial se amplíe en el futuro a otros sitios, como los centros con pocos recursos para análisis patológicos, y se aplique a otros tipos de cáncer.

Naturaleza que inspira

Los especialistas alemanes indicaron que este tipo de sistemas se encuentra muy extendido en el reino animal, pudiendo hallarse en variadas especies como los saltamontes, las cigarras o los camarones mantis. Sin embargo, la característica particular que muestran las larvas de libélula es la presencia de un sistema sincronizado de catapulta dual, que nunca antes se había identificado en la naturaleza.

El sistema de control de dos catapultas de forma independiente ha inspirado a los científicos para crear nuevos robots particularmente ágiles y eficientes. El mecanismo robótico bioinspirado facilita un mejor control de determinados procesos como el salto, donde los sistemas de control y estabilización deben ser pequeños y livianos. Las condiciones creadas mejoran el rendimiento y la eficiencia de este tipo de robots.

Los científicos probaron su hipótesis mediante la fabricación de un robot utilizando impresión 3D. El robot bioinspirado logra la eficiencia buscada, mediante una estructura especial que, además de su valor funcional, ha proporcionado a los investigadores una visión más detallada del principio biológico operativo que llevan adelante las larvas de libélula.

Un futuro sin límites

Los robots bioinspirados prometen revolucionar el campo tecnológico, y ya se están aplicando en muchos sectores de la industria. De esta forma, la combinación entre los conocimientos biológicos requeridos para identificar los mecanismos naturales y la experiencia técnica de los expertos en robótica, permite pensar que estos diseños serán algo cotidiano en las próximas décadas.

Hacia el futuro, los especialistas creen que la comprensión de la biomecánica del sistema de catapulta dual se podrá utilizar para controlar la dirección y el empuje de nuevos sistemas robóticos de mayor dinamismo y precisión de movimientos, con un amplio rango de aplicaciones en todo tipo de actividades industriales y tecnológicas. ¿Tendrán límites los robots bioinspirados y las tecnologías basadas en los sistemas biológicos?

Referencia: A controllable dual-catapult system inspired by the biomechanics of the dragonfly larvae’s predatory strike. Büsse, S., Koehnsen A., Rajabi H., Gorb S.N. Science Robotics (2021).DOI:https://doi.org/10.1126/scirobotics.abc8170

Video: Universidad de Kiel.

Adam Sachs, cofundador y director ejecutivo de Vicarious Surgical, en su infancia vio la película de ciencia ficción de 1966 Fantastic Voyage y se enamoró de la premisa de los cirujanos microscópicos que realizaban una cirugía dentro del cerebro de un científico. “Los humanos son del tamaño incorrecto para operar con humanos”, dice. “No vamos a encoger a los humanos, pero podemos crear avatares de ellos. Podemos crear pequeñas versiones robóticas en miniatura". Eso es exactamente lo que él y sus cofundadores de Vicarious Surgical, Sammy Khalifa, director de tecnología de la empresa, y el Dr. Barry Greene, su director médico, han estado haciendo durante la última década. Han desarrollado un pequeño robot emparejado con un visor de realidad virtual para cirugías abdominales que esperan lanzar al mercado en 2023. Sus dos brazos y su cámara están diseñados para entrar en el abdomen del paciente a través de una incisión de menos de una pulgada y operar en todo direcciones una vez allí. Reducir un robot quirúrgico es excepcionalmente difícil, pero al hacerlo, el trío Vicarious espera ayudar a los médicos a realizar cirugías abdominales, comenzando con operaciones de hernia, más rápido, más seguro y con menos complicaciones que las alternativas existentes.

No es exactamente el material de ciencia ficción de la película, en la que se inyectan médicos en el torrente sanguíneo del paciente, pero es lo suficientemente futurista como para que Vicarious haya atraído a inversores de primera, incluidos Bill Gates, Vinod Khosla, Eric Schmidt y Jerry Yang. También ha recibido una designación revolucionaria de la FDA, la primera para un robot quirúrgico, lo que lo hace elegible para una revisión prioritaria.

“Poner el codo dentro de la cavidad del cuerpo y poder estirar la mano hacia atrás y trabajar hacia la pared abdominal es algo muy importante”, dice Paul Hermes, quien dirigió el programa de robótica de Medtronic y ahora es asesor de Vicarious. "Deberíamos esperar que la cirugía robótica mejore".

La compañía está lista para salir a bolsa a través de una fusión con un SPAC creado por el inversor de Hong Kong Donald Tang. El acuerdo de $ 1.1 mil millones recaudará $ 115 millones y traerá al gigante de la tecnología médica Becton Dickinson, que fabrica la malla quirúrgica utilizada en las reparaciones de hernias, como inversionista. Prevé alcanzar los mil millones de dólares en ingresos anuales para 2027.

“Vamos tras los mercados donde los robots quirúrgicos existentes han tenido problemas”, dice Sachs, de 30 años. “Hay muchos imitadores que apuntan al titular. Tienen los mismos desafíos... Nuestra arquitectura es totalmente diferente ".

El gigante de la cirugía robótica tiene un valor de 115.000 millones de dólares (capitalización de mercado) Intuitive Surgical, que introdujo el da Vinci, un gran robot de cuatro brazos que sostiene instrumentos en forma de palos, hace dos décadas y ha dominado el espacio desde entonces. A medida que caducan las patentes de Intuitive y avanza la tecnología robótica, competidores como J&J y Medtronic, que han adquirido nuevas empresas de robots quirúrgicos, están compitiendo para hacer que la cirugía robótica sea tan común como la laparoscopica. El precio esperado del robot Vicarious de alrededor de $ 1.2 millones, aproximadamente la mitad del de los robots de línea superior existentes, podría ser un factor a su favor, al igual que la facilidad con la que los cirujanos pueden aprender a usarlo.

Las ambiciones de Vicarious se extienden a otras cirugías abdominales, incluidos los procedimientos de vesícula biliar, para un mercado potencial total de 39 millones de cirugías (solo el 3% de estas se realizan con robots). Es por eso que Sachs, cuya participación en Vicarious tiene un valor de 112 millones de dólares, calcula que necesita solo una fracción del mercado para crear una gran empresa.

"El campo ha estado bastante estancado durante mucho tiempo, y existe una sabiduría aceptada que no es cierta", dice Tang, el inversor de SPAC. "Necesitas poner esto en manos de la gente para demostrar que es posible y que no es una quimera".

También está desarrollando materiales inteligentes que puedan contraerse y expandirse, moverse o doblarse para ser empleados como músculos artificiales.

En una entrevista concedida al diario El País, Feringer cree que, quizás, dentro de 30 o 40 años, los médicos inyectarán nanorobots en la sangre para localizar células tumorales, reparar algún desajuste o transportar medicamentos.

Para solventar este obstáculo, los investigadores diseñaron nuevas nanopartículas lipídicas con características biofísicas y estructurales óptimas para su administración por vía oral que consistían en derivados de la lisofosfatidilserina (Liso-FS). Estas moléculas pueden conseguir que el sistema inmunitario tolere moléculas que, de otra manera, serían reconocidas como extrañas. El objetivo es que la preexposición a ciertas proteínas terapéuticas, como GAA y el factor VIII recombinante, junto a moléculas de Liso-FS consiguiera provocar tolerancia inmunitaria hacia estas proteínas antes del comienzo de la terapia médica.

Al administrar por vía oral las citadas nanopartículas lipídicas en ratones, como terapia de preexposición se observó que el 75 % de los ratones no tenían niveles detectables de anticuerpos frente al factor VIII. Estos buenos resultados se mantenían cuando se utilizaban diferentes formulaciones de factor VIII en cuatro experimentos independientes. También se observaron niveles reducidos de anticuerpos entre los ratones que recibían GAA junto a las nanopartículas, en comparación con aquellos que no las recibían.

Las nanopartículas de Liso-FS y las moléculas que contienen pueden ser reconocidas por células inmunitarias del tracto digestivo que tienen la habilidad para provocar tolerancia frente a ellas. Esto se consigue gracias a la producción de linfocitos T reguladores que ejercen una acción «silenciadora» sobre los linfocitos B, linfocitos T efectores y células plasmáticas.

Esta estrategia de administrar nanopartículas por vía oral para prevenir el ataque inmunitario de proteínas terapéuticas es interesante para la práctica clínica: hace más sencillo y asequible este tratamiento que potencialmente podría mejorar las opciones terapéuticas de pacientes afectados por enfermedades que se tratan con proteínas. Además, la FS es un suplemento dietético seguro que se ha usado ampliamente en el ámbito clínico y las nanopartículas con este componente se pueden diseñar para que puedan encapsular a proteínas muy diferentes.

Quizás este enfoque pudiera ser útil también en individuos que sufren enfermedades autoinmunitarias o alergias, ya que en estas dolencias hay una respuesta inmunitaria perjudicial frente a moléculas que no son dañinas para el cuerpo humano. Otro potencial uso podría ser en terapias génicas, para evitar el ataque inmunitario de vectores y material genético. No obstante, es necesario evaluar la seguridad y eficacia de las nanopartículas con Liso-FS en ensayos clínicos para comprobar su utilidad real para la medicina.

Esther Samper

Referencia: «Rational design of a nanoparticle platform for oral prophylactic immunotherapy to prevent immunogenicity of therapeutic proteins», Nhan Nguyen et al. en Scientific Reports, vol. 11, n.º art. 17853, 8 de septiembre de 2021.

El resultado fue la creación de organismos sintéticos diseñados automáticamente por ordenador: combinan diferentes tejidos biológicos y son capaces de realizar funciones programadas informáticamente.

Esas formas corporales nunca vistas en la naturaleza comenzaron a trabajar juntas y formaron nuevas estructuras celulares siguiendo las instrucciones del algoritmo.

Nueva generación de Xenobots

No contentos con ese resultado, los investigadores han experimentado de nuevo con células embrionarias de la misma especie de rana, aunque con una novedad importante. Los resultados de este nuevo desarrollo se publican en la revista Science Robotics.

La novedad es que los nuevos Xenobots no están limitados por el programa genético correspondiente a su naturaleza, ni tampoco se les ha aplicado un programa informático de crecimiento.

El resultado no ha sido menos espectacular: las células de la nueva generación de Xenobots tomaron forma por sí mismas, de manera espontánea, sin programación previa, y actuaron como una comunidad, reaccionando ante otras células y participando en actividades colectivas.

Esas células híbridas pueden actuar como sensores, motores para el movimiento, redes de comunicación y computación, y dispositivos de grabación para almacenar información, destacan los investigadores en un comunicado.

La revista Quanta pone de manifiesto las profundas implicaciones de este resultado: lo más importante es que desvela cómo funcionan las células fuera del contexto genético que les es propio por su naturaleza.

Lo primero que apreciaron es que el genoma de la rana no es taxativo, ya que no obliga a las células embrionarias a proliferar, diferenciarse y organizarse de una única forma.

Nuevo tipo de criatura

En consecuencia, puede decirse que esta generación de Xenobots representa un nuevo tipo de criatura que destaca más por lo que hace, que por sus orígenes genéticos (en este caso de una especie de rana).

Michael Levin, uno de los artífices de este desarrollo, destaca al respecto que las células individuales no están determinadas solo por la genética, sino que, aunque se guían por el genoma, tienen capacidad de decisión (una especie de libre albedrío celular) que les permite crear diferentes cuerpos.

Considera que lo que el genoma aporta a las células naturales es solo un mecanismo que les impulsa a emprender actividades dirigidas a objetivos, y no un programa cerrado de evolución. Lo importante es adaptarse y sobrevivir.

Si eso es correcto, entonces la variedad de formas y funciones corporales que se dan en los organismos naturales, no es tanto el resultado de programas de desarrollo específicos escritos en sus genomas, sino de sus comportamientos celulares, que pueden provenir tanto del genoma como del medio ambiente, destaca Quanta.

¿También las células humanas?

Los investigadores piensan también que, si la organización observada en estos organismos híbridos está en la base de la organización animal multicelular, las células humanas podrían comportarse también de la misma manera.

Eso significaría que, en el futuro, tal vez podamos alcanzar la capacidad de conseguir que nuestras células realicen cosas que en teoría podrían hacer, como por ejemplo la regeneración de extremidades.

A diferencia de los Xenobots, nuestras células todavía no se habrían «dado cuenta» de que disponen de esa opción. En un entorno adecuado, tal vez sean capaces de desarrollar esa capacidad.

Que las células puedan estar programadas para «calcular» colectivamente sus propias soluciones para el crecimiento y la forma, en lugar de lo que indica su genoma, tiene sentido también en términos evolutivos, porque significa que los objetivos colectivos de las células en un tejido sobreviven a perturbaciones traumáticas, explican los científicos.

Hasta tendrían un «Yo»

Las implicaciones no terminan ahí: los Xenobots incluso pueden considerarse organismos, en el sentido de que representan a una colección de células con una actividad organizada dirigida a un objetivo: tienen algún tipo de identidad o «yo», destacan los investigadores.

Y aunque esos organismos vivos artificiales no tienen sistema nervioso, pueden comunicarse entre sí: entre los Xenobots existe un intercambio de iones de calcio como el que se observa entre las neuronas.

De esas comunicaciones intercelulares surge una especie de código que permite a las células organizarse más o menos independientemente de sus genes, desafiando así las viejas ideas acerca de lo que define a un organismo.

Referencia: A cellular platform for the development of synthetic living machines. Douglas Blackiston et al. Science Robotics, 31 Mar 2021:Vol. 6, Issue 52, eabf1571. DOI:10.1126/scirobotics.abf1571

Los diminutos robots son capaces de salir del recipiente en el que fueron desarrollados, buscar células y “armar” un nuevo robot, una copia exacta que, al pasar algunos días, adquirirá la misma capacidad de replicarse a sí mismo. Las pequeñas máquinas fueron creadas a partir de células de rana: estos organismos diseñados por ordenador reúnen células individuales en el interior de una «boca» y liberan «crías» Xenobot con su misma apariencia y movimientos. A su vez, los nuevos ejemplares se reproducen de la misma forma.

Desde una rana

Las células embrionarias utilizadas, que pertenecen a una rana Xenopus laevis, se convertirían en piel en un contexto natural. Servirían para mantener fuera a los patógenos y redistribuir la mucosidad en la piel de un renacuajo, pero los científicos estadounidenses le han dado otra “vida”. Aplicando las instrucciones justas mediante un programa de ordenador basado en Inteligencia Artificial, las células pueden “rediseñarse” en laboratorio y estar listas para una función completamente diferente.

Según una nota de prensa, los investigadores explicaron que las células empleadas tienen el genoma de una rana, pero al ser liberadas de convertirse en renacuajos emplean su inteligencia colectiva, o una especie de plasticidad celular, para hacer algo asombroso: juntarse y crear organismos “vivos” que pueden gestar a su vez copias exactas de sí mismos. Si en un principio llamó la atención de los científicos que los Xenobots pudieran diseñarse para realizar tareas simples, las nuevas funciones prácticamente redefinen los límites de aquello que puede entenderse como reproducción biológica.

Estos objetos biológicos, que son básicamente una colección de células diseñadas por ordenador, se replican espontáneamente, pero incluyendo el genoma de la rana completo e inalterado. Esto significa que las instrucciones originales presentes en la célula han logrado reencauzarse para cumplir con un nuevo objetivo: agruparse y crear un organismo, que a su vez tendrá la capacidad de replicarse a sí mismo. Al parecer, aún no hemos descubierto todas las formas en que la vida puede reproducirse, como quizás habíamos pensado.

Hallar la forma ideal

En un principio, el padre Xenobot integrado por unas 3.000 células conforma una esfera. Sin ningún tipo de “ayuda”, lo más probable es que el proceso se detenga allí y la reproducción no continúe. Sin embargo, un programa de Inteligencia Artificial que trabaja en el cúmulo de superordenadores Deep Green de la Universidad de Vermont hizo la diferencia.

Al aplicar un algoritmo evolutivo, fue posible “probar” miles de millones de formas corporales en simulación, como por ejemplo triángulos, cuadrados o pirámides, hasta encontrar aquellas que permitían a las células ser más eficaces en la replicación «cinemática», o sea basada en el movimiento. A partir de ese logro, los organismos lograron replicarse sin mayores problemas a partir del padre Xenobot.

En ese sentido, los científicos destacaron en el nuevo estudio, recientemente publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), que los grupos de células, cuando se liberan de un organismo en desarrollo, pueden encontrarse y combinarse con otras células sueltas similares, y que además esta capacidad no tiene que evolucionar o introducirse específicamente mediante manipulación genética.

Al mismo tiempo, la investigación demuestra que la Inteligencia Artificial puede ayudar a diseñar organismos modelo que se reproduzcan mejor: este mismo concepto puede ser aplicado en el futuro para “orientar” a las células humanas en el sentido deseado, por ejemplo eliminando enfermedades, dándole nueva vida a órganos que ya no son funcionales o creando nuevos.

Referencia

Kinematic self-replication in reconfigurable organisms. Sam Kriegman, Douglas Blackiston, Michael Levin and Josh Bongard. PNAS (2021). DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2112672118

Foto: kalhh en Pixabay.

Video: Universidad de Vermont / YouTube.

La tecnología da un sentido concreto a las señales cerebrales producidas por elementos de base física, como por ejemplo las neuronas cultivadas en esta investigación, para luego «transmitir» a los robots estructuras humanas de pensamiento y resolución de problemas.

Cerebros artificiales que piensen como humanos

El concepto se sustenta en una idea más amplia: la computación neuromórfica. En ella se busca que los ordenadores y los robots puedan «imitar» la lógica del pensamiento humano, que ha demostrado gran eficacia en la resolución de múltiples problemas. En otras palabras, sus impulsores trabajan desde la década de 1960 en crear algoritmos y circuitos integrados con la misma estructura e idéntico comportamiento que el sistema nervioso humano.

Aunque aún no contamos con un sistema neuromórfico artificial que sea capaz de equiparar al del cerebro humano, concretamente en cuanto a la eficacia de la comunicación establecida entre las neuronas mediante el proceso de sinapsis, sí se han logrado grandes avances al integrar conocimientos de áreas tan disímiles como la informática, la biología, la física o la microelectrónica. Ahora, el nuevo estudio parece dar un paso importante para continuar avanzando al respecto.

Señales con base física y «viva»

Según una nota de prensa del Instituto Estadounidense de Física (AIP), el desarrollo tecnológico de los científicos japoneses se basó en una hipótesis previa: sostiene que la inteligencia en un sistema vivo surge de un mecanismo que extrae una salida coherente de un estado desorganizado o caótico. Precisamente es lo que lograron con su robot, al «enseñarle» a salir de un laberinto gracias a las señales coherentes emitidas por el sistema integrado al cultivo neuronal.

En el estudio publicado en la revista Applied Physics Letters, los investigadores explicaron que el ordenador encargado de «guiar» al robot se «alimentó» de un cultivo de neuronas producido a partir de células humanas vivas, las cuales brindaban señales en forma de estímulos eléctricos y «transmitían» los esquemas de pensamiento humanos al sistema.

Robots más útiles

De esta forma, aunque el robot podía moverse libremente a través del laberinto, recibía en forma permanente dos tipos de señales: algunas de ellas le indicaban que su comportamiento se encontraba dentro de los límites previstos y la orientación buscada, en tanto que otras servían para mostrarle que había tomado un sendero incorrecto y erróneo.

Cuando el robot tomaba una dirección incorrecta, las neuronas del cultivo celular se veían «perturbadas» por un impulso eléctrico. A lo largo del experimento, el robot fue alimentado continuamente con ambos tipos de señales, tanto las positivas como las negativas, hasta que resolvió con éxito la tarea de escapar del laberinto.

Los investigadores creen que esta nueva tecnología podrá conducir a la creación de sistemas robóticos y de Inteligencia Artificial que puedan equiparar en un futuro cercano a las estructuras que caracterizan al pensamiento humano. Si los robots piensan como nosotros, seguramente también será más sencillo comunicarse con ellos y hacer que sean mucho más útiles para resolver nuestras necesidades individuales y sociales.

Referencia: Physical reservoir computing with FORCE learning in a living neuronal culture featured. Yuichiro Yada, Shusaku Yasuda and Hirokazu Takahashia. Applied Physics Letters (2021).DOI:https://doi.org/10.1063/5.0064771

Foto: Stefan Keller en Pixabay.