Científicos simulan cerebro de gusano en robot LEGO, avance en mapeo neuronal

• Científicos colocaron el cerebro de un gusano redondo (Caenorhabditis elegans) en un robot Lego.
• Mapearon las conexiones entre las 302 neuronas del gusano y las simularon en software.
• Dirección IP y número de puerto se usan para direccionar cada neurona.

El cerebro es mucho más que una colección de señales eléctricas. Si los humanos aprenden a almacenar esas señales sin distorsionarlas, podríamos subir el cerebro de alguien a un ordenador, haciéndolo vivir para siempre en forma de conciencia digital, como en la película de Hollywood Trascendencia.

Los investigadores no están ni cerca de lograr tal hazaña al menos con cerebros humanos, pero han alcanzado algunos hitos en el pasado. Por ejemplo, un equipo internacional de investigación logró poner el cerebro de un gusano redondo en un cuerpo robótico de Lego.

El gusano que utilizaron es Caenorhabditis elegans, un nematodo transparente de vida libre, de aproximadamente 1 milímetro de longitud. Vive en entornos de suelo templado y carece de sistema respiratorio y circulatorio. Sus genes y sistemas nerviosos han sido estudiados varias veces.

Fuente de la imagen: wikimedia

Integrando el gusano en un robot

En 2014, el proyecto OpenWorm mapeó las conexiones entre las 302 neuronas del gusano y las simuló en software. Luego implementaron el programa de software en un pequeño robot Lego. El objetivo principal era simular completamente el Caenorhabditis elegans como un organismo virtual.

Las partes del cuerpo del gusano y su red neuronal tienen equivalentes en LegoBot: las neuronas de la nariz del gusano fueron reemplazadas por un sensor de sonar en el robot. Las neuronas motoras que recorren ambos lados del gusano corresponden a los motores derecho e izquierdo del robot. En general, el robot se comporta de manera muy similar al Caenorhabditis elegans.

La simulación no es 100% precisa: algunos parámetros en el software requieren disparar una neurona. Sin embargo, el trabajo que han hecho es más que impresionante considerando que el robot no funciona con ningún comando o instrucciones programadas. Todo lo que contiene es una red de conexiones que imita el cerebro del gusano.

Más específicamente, el modelo es preciso en sus conexiones y utiliza paquetes UDP para disparar neuronas. Si 2 neuronas tienen 3 conexiones sinápticas, por ejemplo, cuando la primera neurona dispara, se transmite un paquete UDP a la segunda neurona con la carga útil '3'.

Fuente: I Programmer

Los investigadores han usado dirección IP y número de puerto para direccionar cada neurona. La neurona completa agrega los pesos y dispara si supera un valor umbral. El acumulador se reinicia si la neurona dispara o si no llega ningún mensaje dentro de una ventana de 200 milisegundos. Esto es similar a lo que ocurre en una red neuronal real.

Fuente de la imagen: YouTube

Los sensores conectados al robot Lego se muestrean cada 100 milisegundos. Está cableado como la nariz del gusano: si algo se acerca a 20 centímetros, envía neuronas sensoriales a la red.

El mismo concepto se aplica a las 95 neuronas motoras, y las señales motoras se recopilan y usan para controlar el movimiento y la velocidad de cada motor. Estas neuronas motoras podrían ser inhibitorias o excitatorias, y se usan valores negativos y positivos.

El proyecto OpenWorm

El proyecto OpenWorm continúa hasta hoy, mejorando simulaciones y visualizaciones. Están explorando el desarrollo del gusano, y se centran en el proceso de desarrollo en nematodos y otras formas de vida a través de análisis de datos y simulación.

Han desarrollado un nuevo enfoque interactivo para jugar con el gusano en el navegador, una plataforma plug-and-play llamada Geppetto. Además, están usando técnicas de optimización como algoritmos genéticos para ajustar y afinar los modelos para que se ajusten a datos experimentales de observaciones celulares reales.

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El siguiente paso es conectar el cerebro humano, algo conocido como connectoma. Incluso si no podemos subir cerebros humanos a ordenadores en un futuro próximo, simplemente poder simular un cerebro completo ayudaría a revolucionar la inteligencia artificial. Y si algún día logramos este hito, las aplicaciones y oportunidades serían tan vastas que no podemos imaginarlas en la actualidad.