Los bioprocesadores tienen muchas ventajas. Entre ellas, un ahorro energético increíble en comparación con los tradicionales.
Una empresa de tecnología suiza llamada Final Spark ha lanzado con éxito lo que han llamado Neuroplatform, la primera plataforma de bioprocesamiento del mundo en la que, en vez de estar formada por los habituales chips de silicio, hay versiones miniaturizadas de órganos cultivadas en laboratorio que se encargan de realizar tareas computacionales.
Un ‘ordenador viviente’
Se trata de la primera instalación de este tipo en la que organoides del cerebro humano sustituyen a los chips de silicio que, aunque ya de por sí este anuncio sea una primicia en bioinformática, no destaca solo por esto. A nivel energético es otra revolución. Entrenar modelos de inteligencia artificial, algo que actualmente está extendiéndose de forma masiva con los últimos avances en IA, consume mucha energía, y el ahorro energético que supone usar bioprocesamiento, no tiene parangón en eficiencia energética: su consumo de energía es un millón de veces menor que el de sus homólogos de silicio. Este avance es especialmente importante si se consideran los inconvenientes de los chips basados en silicio. Si bien estos chips han transformado la informática al hacerla más compacta y escalable, son bien conocidos por su sustancial consumo de energía.
Y es que los transistores de estos chips consumen mucha energía y, a medida que aumentan aplicaciones como el desarrollo de modelos de inteligencia artificial (IA), el impacto de estas ineficiencias también se vuelve más evidente. Por poner un ejemplo, entrenar el famoso modelo de lenguaje grande GPT-3 consumió únicamente en sus primeros días hasta 10 Gigawatios de energía, 6.000 veces más que una ciudad europea media en un año entero.
La startup ha puesto a disposición de los investigadores esta plataforma para que los científicos lleven a cabo experimentos con neuronas biológicas. Neuroplatform utiliza 16 organoides del cerebro humano que funcionan como bioprocesadores; es decir, las versiones miniaturizadas de órganos humanos cultivadas en laboratorio se hacen cargo de tareas computacionales tradicionalmente manejadas por chips de silicio. Los usuarios pueden interactuar con el hardware mediante una interfaz gráfica de usuario (GUI) o mediante scripts de Python.
¿Cómo funciona?
Neuroplatform es una combinación de lo que denominan software húmedo al implicar un componente biológico en sus componentes. Es una tecnología que utiliza tejido cerebral humano para procesar datos. La principal innovación que ofrece la Neuroplataforma es el uso de cuatro conjuntos de electrodos múltiples (MEA) que albergan el tejido vivo: los organoides; masas de células tridimensionales de tejido cerebral. Estos electrodos desempeñan la doble función de estimular los organoides y registrar los datos que procesan. Cada conjunto de electrodos contiene hasta cuatro organoides, interconectados por ocho electrodos utilizados tanto para estimulación como para registro.
Si bien el concepto se parece mucho a cómo se utilizan las redes neuronales artificiales (RNA) en la informática actual, es necesario desarrollar nuevos métodos para estos sistemas biológicos. La información se transmite de un lado a otro a través de convertidores analógicos digitales (controlador Intan RHS 32) que funcionan a una frecuencia de muestreo de 30 kHz y una resolución de 16 bits.
¿Cómo ‘viven’ estos organoides? Gracias a un sistema de soporte vital de microfluidos para los MEA. El sistema de microfluidos de circuito cerrado para sostener organoides es algo análogo a los sistemas de enfriamiento de los procesadores tradicionales. Las cámaras monitorean el funcionamiento general del sistema. Además, un paquete de software permite a los investigadores ingresar varios parámetros de datos, así como leer e interpretar la salida del procesador de manera efectiva. Finalmente, la plataforma utiliza sistemas de jaulas controlados por luz ultravioleta para liberar moléculas con una longitud de onda de luz específica que rompe las jaulas moleculares cuando contienen una molécula neuroactiva.
¿Funcionará para siempre?
No. La parte viva de su configuración informática también viene adosada con la consecuencia de que, en algún momento, el bioprocesador morirá y dejará de funcionar, tal y como detallan en su estudio publicado en la revista Frontiers in Artificial Intelligence los autores. Final Spark garantiza que los organoides vivan 100 días, por el momento (recordemos que un chip de silicio puede durar años o incluso décadas).
Por el momento, la plataforma solo está disponible para usuarios institucionales con fines de investigación y desarrollo a un precio de 500 dólares por usuario por mes de uso. Ya hay tres decenas de universidades interesadas en el acceso a la Neuroplataforma y la compañía pretende ser pionera en el primer procesador vivo del mundo.
Se abre una nueva frontera en cuanto a capacidad informática se refiere.
Referencias:
- Open and remotely accessible Neuroplatform for research in wetware computing. Fred D. Jordan* Martin Kutter Jean-Marc Comby Flora Brozzi Ewelina KurtysFront. Artif. Intell., 02 May 2024 Sec. Organoid Intelligence DOI: Volume 7 – 2024 | https://doi.org/10.3389/frai.2024.1376042
- Wang, G., Haringa, C., Noorman, H., Chu, J., & Zhuang, Y. (2020). Developing a Computational Framework To Advance Bioprocess Scale-Up.. Trends in biotechnology. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2020.01.009.
- Rathore, A., Mishra, S., Nikita, S., & Priyanka, P. (2021). Bioprocess Control: Current Progress and Future Perspectives. Life, 11. https://doi.org/10.3390/life11060557.
