Crean neuronas artificiales que imitan el funcionamiento del cerebro humano

Ingenieros de la Universidad de Massachusetts Amherst diseñaron una neurona artificial cuya señal eléctrica se comporta de forma casi idéntica a la de una neurona natural. El desarrollo utiliza nanocables de proteínas cultivadas a partir de bacterias capaces de generar electricidad.

El estudio fue publicado en Nature Communications y representa un paso clave hacia sistemas informáticos bioinspirados que requieran mucha menos energía que las tecnologías actuales.

“Nuestro cerebro procesa una enorme cantidad de datos”, explicó Shuai Fu, estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica e informática y autor principal del trabajo. “Pero su consumo de energía es muy bajo, especialmente en comparación con la electricidad necesaria para ejecutar un modelo de lenguaje grande, como ChatGPT”.

El cerebro humano necesita alrededor de 20 vatios para realizar tareas complejas, mientras que un modelo de lenguaje de gran escala puede requerir más de un megavatio para operar.

Cómo funcionan las nuevas neuronas artificiales

“Las versiones anteriores de neuronas artificiales usaban 10 veces más voltaje y 100 veces más energía que la que creamos”, señaló Jun Yao, profesor asociado y coautor del estudio.

La nueva neurona desarrollada en UMass Amherst opera con apenas 0,1 voltios, un nivel similar al que emplean las neuronas del cuerpo humano. Esta reducción energética es fundamental para que los dispositivos puedan interactuar directamente con sistemas biológicos.

El componente central del avance es un nanocable de proteína derivado de la bacteria Geobacter sulfurreducens, conocida por su capacidad natural para producir electricidad.

Integración directa con el cuerpo humano

El uso de estos nanocables permite fabricar sensores y circuitos capaces de procesar señales biológicas sin necesidad de amplificadores eléctricos intermedios, que suelen aumentar el consumo energético y la complejidad de los dispositivos.

“Actualmente tenemos todo tipo de sistemas portátiles de detección electrónica”, explicó Yao. “Pero son toscos e ineficientes. Cada vez que captan una señal del cuerpo, deben amplificarla para que una computadora pueda analizarla. Ese paso intermedio aumenta tanto el consumo de energía como la complejidad del circuito, pero los sensores construidos con nuestras neuronas de bajo voltaje podrían funcionar sin amplificación”.

La investigación recibió financiamiento de la Oficina de Investigación del Ejército de Estados Unidos, la Fundación Nacional de Ciencia (NSF), los Institutos Nacionales de Salud (NIH) y la Fundación Alfred P. Sloan.

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