Investigadores crean un chip cerebral híbrido: fusionaron 70.000 neuronas vivas con componentes electrónicos

Un equipo de la Universidad de Princeton desarrolló una plataforma de biocomputación híbrida que integra neuronas vivas con componentes electrónicos flexibles. La tecnología, denominada 3D-MIND, representa un avance en la frontera entre la inteligencia artificial y los sistemas biológicos, y abre la puerta a nuevas formas de computación inspiradas en el cerebro humano.

Qué es 3D-MIND y cómo funciona

El dispositivo 3D-MIND se compone de una malla electrónica tridimensional y flexible, diseñada para ser incorporada en redes de neuronas vivas cultivadas en laboratorio. Las células crecen en torno y a través de esta malla, estableciendo una conexión estable entre el tejido biológico y los componentes electrónicos. El sistema utiliza sensores integrados que monitorean en tiempo real la actividad eléctrica de la red neuronal, mientras que estimuladores embebidos pueden enviar señales de vuelta a las células.

A diferencia de las plataformas anteriores, que solo interactuaban con neuronas en la superficie de cultivos bidimensionales, 3D-MIND puede operar en el interior de estructuras neuronales tridimensionales. Esto permite monitorear y estimular la actividad a lo largo de toda la red, accediendo a conexiones y patrones dinámicos que antes resultaban inaccesibles.

Los materiales electrónicos empleados tienen propiedades mecánicas similares al tejido cerebral, lo que facilita la integración prolongada del dispositivo con las neuronas vivas sin perturbar su desarrollo ni su comportamiento. Los investigadores reportaron una interacción estable durante más de seis meses de seguimiento.

Por qué es relevante esta integración

La plataforma 3D-MIND marca un paso importante en la creación de sistemas de computación inspirados en el cerebro, conocidos como computación neuromórfica. Uno de los principales retos de la inteligencia artificial actual es el elevado consumo energético.

“Nuestro cerebro consume solo una fracción diminuta —alrededor de una millonésima parte— de la energía que requieren los sistemas actuales de IA para realizar tareas similares”, dijo Tian-Ming Fu, investigador del Instituto de Neurociencia de Princeton, en un comunicado de la universidad.

Al fusionar neuronas vivas con electrónica flexible, 3D-MIND permite explorar nuevas arquitecturas computacionales capaces de procesar información de forma mucho más eficiente y con un consumo energético significativamente menor. El estudio también demostró que las redes neuronales tridimensionales ofrecen mayor conectividad y potencial computacional en comparación con los cultivos bidimensionales tradicionales.

Aplicaciones en inteligencia artificial y medicina

La aparición de este chip cerebral híbrido abre múltiples vías de investigación y aplicación. En el campo de la inteligencia artificial, podría facilitar el desarrollo de sistemas que imiten con mayor fidelidad la estructura y funcionamiento del cerebro humano, optimizando el consumo de energía y mejorando la capacidad de aprendizaje y adaptación.

Además, la plataforma puede emplearse como herramienta de investigación para estudiar el desarrollo y la función de los circuitos neuronales en entornos tridimensionales más realistas. Esto resulta útil tanto para el cribado de fármacos y la investigación de tratamientos médicos, como para el estudio de trastornos neurológicos bajo condiciones controladas.

El equipo de Princeton planea perfeccionar el dispositivo para modelar enfermedades específicas, analizar el desarrollo cerebral y probar terapias experimentales. También buscan ampliar la complejidad de la interfaz neuronal mediante la integración de más sensores y electrodos, y combinar la plataforma con tecnologías de imagen óptica para obtener una visión más detallada de la actividad cerebral.

Hacia un futuro de sistemas híbridos biológicos-electrónicos

Los investigadores trabajan en técnicas para guiar el aprendizaje y la adaptación de las redes neuronales biológicas integradas, así como en métodos de ensamblaje tridimensional a gran escala que permitan producir estos dispositivos de forma más consistente y eficiente.

A largo plazo, el objetivo es desarrollar sistemas híbridos prácticos que fusionen biología y electrónica, tanto para aplicaciones informáticas como médicas. El avance de 3D-MIND representa un paso hacia la creación de tecnologías que aprovechen las ventajas de ambos mundos: la eficiencia y plasticidad de las redes neuronales vivas y la precisión y escalabilidad de la electrónica moderna.