Crean una neurona artificial usando sal y agua

Un equipo de científicos de la Universidad de Utrecht, en Países Bajos, y la de Sogang, en Corea del Sur, acaba de publicar un estudio muy interesante sobre iontrónica. Esta es una técnica, aún en pañales, que dará mucho de lo que hablar en el futuro, pues aúna la biología y la electrónica para obtener el mejor rendimiento, aprovechando las ventajas de cada disciplina. En este caso, han logrado fabricar una neurona artificial, usando básicamente agua y sal, pero enfocándola al desarrollo de ordenadores que funcionen como un cerebro humano. 

Esto es algo así como las típicas recetas de TikTok en las que se utilizan dos ingredientes que se convierten en diez si tenemos en cuenta sazonadores, aceite y otros condimentos. La información se transmite a través de sales disueltas en agua, exactamente igual que con las células cerebrales; pero, lógicamente, se necesitan más componentes.

De cualquier modo, esta neurona artificial es un invento de lo más novedoso. Por ahora es poco más que una prueba de concepto, pero en el futuro podría tener muchísimas aplicaciones en campos como la informática o la medicina, entre otros. 

Una neurona artificial para emular la plasticidad cerebral

Para saber cómo funciona esta neurona artificial primero debemos entender cómo lo hacen de forma natural.

Nuestro cerebro contiene millones de neuronas que forman autopistas por las que la información fluye a un ritmo vertiginoso. Esta información se transmite en forma de señales eléctricas que pasan de una célula cerebral a otra mediante señales eléctricas.

La parte de la neurona que actúa como un cable por el que fluye la electricidad es el axón. De ahí, la información pasa hacia las dendritas de la siguiente neurona. 

La transmisión del impulso eléctrico, conocido como potencial de acción, puede ocurrir de dos formas. En algunos casos, el axón de una neurona y las dendritas de la siguiente se encuentran en contacto, por lo que la electricidad se transmite físicamente, como cuando una persona toca a otra que ha recibido una descarga eléctrica.

En otros casos, no hay contacto directo, por lo que es necesaria la liberación de neurotransmisores. Estas son pequeñas moléculas que se secretan en una neurona y, a través de la hendidura sináptica, pasan a los receptores de la siguiente. Dependiendo de cuál sea el origen de la señal eléctrica, se liberará un tipo concreto de neurotransmisor con una función relacionada con esa señal. A su vez, solo podrá unirse a receptores específicos de la otra neurona, como una llave en una cerradura. Cuando el neurotransmisor se une a su receptor, impulsa el paso de determinados iones a través de la membrana celular, de tal manera que se genera un nuevo potencial de acción, relacionado con el que impulsó la liberación del neurotransmisor. Así, el mensaje sigue fluyendo de una neurona a otra.

En este punto es importante tener en cuenta que lo que hace al cerebro un órgano tan especial, entre otras cuestiones, es su plasticidad. Nuestro sistema nervioso tiene la capacidad de reforzar las conexiones neuronales que más usa y debilitar las que no son útiles. Eso es lo que se intenta imitar con la neurona artificial que se acaba de fabricar.

El memristor iontrónico

La neurona artificial creada por estos científicos se basa en un memristor iontrónico. El memristor no es un invento nuevo. Se describió su posible utilidad en los años 70, aunque hicieron falta más de 3 décadas para que llegase a fabricarse.

Se trata de un dispositivo que consiste básicamente en una resistencia con memoria. Es capaz de recordar la electricidad que ha pasado por él y mantener ciertas funciones en descanso hasta que vuelvan a ser necesarias. Por ejemplo, se considera que podría ser un buen sustituto de las tarjetas de memoria RAM, ya que en estas desaparece la memoria una vez que se apaga el ordenador. En cambio, el memristor puede recordar en qué punto se quedó cuando la máquina vuelve a encenderse. 

A pesar de esta posible utilidad, los memristores están prácticamente en desuso hoy en día. Pasa lo mismo con las herramientas basadas en iontrónica. Básicamente, esta es “una tecnología emergente basada en el control sofisticado de iones como portadores de señales que une la electrónica de estado sólido y el sistema biológico”. Es decir, se aprovechan esas señales eléctricas que se producen en nuestro organismo de forma natural para aplicaciones electrónicas como esta neurona artificial. Esto se suele hacer utilizando medios acuosos, como los que se utilizan normalmente en el cerebro. Y es que todo el mecanismo de entrada y salida de iones que se genera en las sinapsis ocurre en un medio de este tipo. Básicamente, se trata de agua con sal.

Eso es beneficioso, porque se puede trasladar la eficiencia del cerebro humano a los ordenadores modernos. Pero, también, porque puede ayudar a la fabricación de sistemas biocompatibles y biodegradables, que podrían ser de gran utilidad en medicina.

Un cono lleno de agua con sal

La neurona artificial desarrollada por estos científicos consiste a grandes rasgos en un dispositivo cónico muy pequeño, lleno de agua con sal. Mide 150 micrómetros de alto y 200 micrómetros de diámetro de la base, por lo que apenas tiene el tamaño de unos cuantos pelos humanos juntos. 

Los primeros ensayos realizados con el dispositivo demuestran que los cambios en su longitud afectan al tiempo de retención de memoria, de tal manera que podría escalarse para necesidades concretas. El funcionamiento, básicamente, es como el de las neuronas. Si las células cerebrales son capaces de reforzar sus conexiones más necesarias, este dispositivo puede recordar la electricidad que fluyó por él y determinar si es necesario reforzar su uso o ceder los esfuerzos a otro que se esté utilizando más. Podría conseguirse básicamente con algún mecanismo que permitiese ir cambiando su longitud.

Es un aparato de lo más futurista, pero ya se ha demostrado que puede hacerse realidad. Solo con agua y sal y, como condimento, muchísima ciencia detrás.