Una computadora wetware es una computadora orgánica (que también puede ser conocida como un cerebro orgánico artificial o una neurocomputadora ) compuesta de material orgánico " wetware " como neuronas "vivas" . [1] Las computadoras wetware compuestas de neuronas son diferentes a las computadoras convencionales porque usan materiales biológicos y ofrecen la posibilidad de una computación sustancialmente más eficiente en términos de energía. [2] Si bien una computadora wetware todavía es en gran parte conceptual, ha habido un éxito limitado con la construcción y creación de prototipos, lo que ha actuado como una prueba de la aplicación realista del concepto a la computación en el futuro. Los prototipos más notables se han derivado de la investigación completada por el ingeniero biológico William Ditto durante su tiempo en el Instituto de Tecnología de Georgia . [3] Su trabajo de construcción de una neurocomputadora simple capaz de realizar sumas básicas a partir de neuronas sanguijuela en 1999 fue un descubrimiento significativo para el concepto. Esta investigación fue un ejemplo principal que impulsó el interés en la creación de estos cerebros construidos artificialmente, pero aún orgánicos .
El concepto de wetware es una aplicación de interés específico para el campo de la fabricación de computadoras. La ley de Moore , que establece que la cantidad de transistores que se pueden colocar en un chip de silicio se duplica aproximadamente cada dos años, ha actuado como un objetivo para la industria durante décadas, pero a medida que el tamaño de las computadoras continúa disminuyendo, la capacidad para cumplir con este objetivo se ha vuelto más difícil, amenazando con alcanzar una meseta. [4] Debido a la dificultad de reducir el tamaño de las computadoras debido a las limitaciones de tamaño de los transistores y circuitos integrados , el wetware proporciona una alternativa poco convencional . Una computadora wetware compuesta de neuronas es un concepto ideal porque, a diferencia de los materiales convencionales que operan en binario (encendido/apagado), una neurona puede cambiar entre miles de estados, alterando constantemente su conformación química y redirigiendo pulsos eléctricos a través de más de 200.000 canales en cualquiera de sus muchas conexiones sinápticas. [3] Debido a esta gran diferencia en las configuraciones posibles para cualquier neurona, en comparación con las limitaciones binarias de las computadoras convencionales, las limitaciones de espacio son mucho menores. [3]
El concepto de wetware es distinto y poco convencional y tiene ligeras resonancias con el hardware y el software de las computadoras convencionales. Mientras que el hardware se entiende como la arquitectura física de los dispositivos computacionales tradicionales, que comprende circuitos integrados e infraestructura de soporte, el software representa la arquitectura codificada de almacenamiento e instrucciones. El wetware es un concepto separado que utiliza la formación de moléculas orgánicas, principalmente estructuras celulares complejas (como las neuronas), para crear un dispositivo computacional como una computadora. En el wetware, las ideas de hardware y software están entrelazadas y son interdependientes. La composición molecular y química de la estructura orgánica o biológica representaría no solo la estructura física del wetware sino también el software, que se reprograma continuamente mediante los cambios discretos en los pulsos eléctricos y los gradientes de concentración química a medida que las moléculas cambian sus estructuras para comunicar señales. La capacidad de respuesta de una célula, proteínas y moléculas a conformaciones cambiantes, tanto dentro de sus estructuras como a su alrededor, vincula la idea de programación interna y estructura externa de una manera que es ajena al modelo actual de arquitectura informática convencional. [1]
La estructura del wetware representa un modelo en el que la estructura externa y la programación interna son interdependientes y unificadas, lo que significa que los cambios en la programación o la comunicación interna entre las moléculas del dispositivo representarían un cambio físico en la estructura. La naturaleza dinámica del wetware toma prestado de la función de las estructuras celulares complejas en los organismos biológicos. La combinación de “hardware” y “software” en un sistema dinámico e interdependiente que utiliza moléculas y complejos orgánicos para crear un modelo no convencional para dispositivos computacionales es un ejemplo específico de biorrobótica aplicada .
Las células pueden considerarse, en muchos sentidos, como una forma de software húmedo que se produce de forma natural, de forma similar al concepto de que el cerebro humano es el sistema modelo preexistente de software húmedo complejo. En su libro Wetware: A Computer in Every Living Cell (2009), Dennis Bray explica su teoría de que las células, que son la forma de vida más básica, son simplemente una estructura computacional altamente compleja, como un ordenador. Para simplificar uno de sus argumentos, una célula puede considerarse como un tipo de ordenador, utilizando su arquitectura estructurada. En esta arquitectura, de forma muy similar a un ordenador tradicional, muchos componentes más pequeños operan en tándem para recibir información, procesarla y calcular un resultado. En un análisis excesivamente simplificado y no técnico, la función celular puede dividirse en los siguientes componentes: la información y las instrucciones para la ejecución se almacenan como ADN en la célula, el ARN actúa como una fuente de información codificada de forma distintiva, procesada por los ribosomas y otros factores de transcripción para acceder y procesar el ADN y generar una proteína. El argumento de Bray a favor de considerar las células y las estructuras celulares como modelos de dispositivos computacionales naturales es importante cuando se consideran las teorías más aplicadas del wetware a la biorrobótica. [1]
El wetware y la biorrobótica son conceptos estrechamente relacionados, que toman prestados principios generales similares. Una estructura biorrobótica puede definirse como un sistema modelado a partir de un complejo o modelo orgánico preexistente, como células (neuronas) o estructuras más complejas, como órganos (cerebro) u organismos completos. [5] A diferencia del wetware, el concepto de biorrobótica no siempre es un sistema compuesto de moléculas orgánicas, sino que podría estar compuesto de material convencional que se diseña y ensambla en una estructura similar o derivada de un modelo biológico. La biorrobótica tiene muchas aplicaciones y se utiliza para abordar los desafíos de la arquitectura informática convencional. Conceptualmente, diseñar un programa, robot o dispositivo computacional a partir de un modelo biológico preexistente, como una célula o incluso un organismo completo, proporciona al ingeniero o programador los beneficios de incorporar a la estructura las ventajas evolutivas del modelo. [6]
En 1999, William Ditto y su equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia y la Universidad Emory crearon una forma básica de un ordenador wetware capaz de realizar sumas simples aprovechando las neuronas sanguijuelas . [3] Las sanguijuelas se utilizaron como organismo modelo debido al gran tamaño de sus neuronas y la facilidad asociada con su recolección y manipulación. Sin embargo, estos resultados nunca se han publicado en una revista revisada por pares, lo que genera dudas sobre la validez de las afirmaciones. El ordenador fue capaz de completar la suma básica a través de sondas eléctricas insertadas en la neurona. Sin embargo, la manipulación de corrientes eléctricas a través de las neuronas no fue un logro trivial. A diferencia de la arquitectura informática convencional, que se basa en los estados binarios de encendido/apagado, las neuronas son capaces de existir en miles de estados y comunicarse entre sí a través de conexiones sinápticas, cada una de las cuales contiene más de 200.000 canales. [7] Cada una puede cambiar de forma dinámica en un proceso llamado autoorganización para formar y reformar constantemente nuevas conexiones. Un programa informático convencional llamado pinza dinámica, capaz de leer los pulsos eléctricos de las neuronas en tiempo real e interpretarlos, fue escrito por Eve Marder , neurobióloga de la Universidad Brandeis . Este programa se utilizó para manipular las señales eléctricas que se ingresaban en las neuronas para representar números y comunicarse entre sí para devolver la suma. Si bien esta computadora es un ejemplo muy básico de una estructura de wetware, representa un pequeño ejemplo con menos neuronas que las que se encuentran en un órgano más complejo. Ditto cree que al aumentar el número de neuronas presentes, las señales caóticas enviadas entre ellas se autoorganizarán en un patrón más estructurado, como la regulación de las neuronas cardíacas en un latido cardíaco constante que se encuentra en los humanos y otros organismos vivos. [3]
Después de su trabajo creando una computadora básica a partir de neuronas sanguijuelas , Ditto continuó trabajando no solo con moléculas orgánicas y wetware sino también en el concepto de aplicar la naturaleza caótica de los sistemas biológicos y las moléculas orgánicas a los materiales convencionales y las puertas lógicas . Los sistemas caóticos tienen ventajas para generar patrones y calcular funciones de orden superior como la memoria, la lógica aritmética y las operaciones de entrada/salida . [8] En su artículo Construcción de un chip de computadora caótico, Ditto analiza las ventajas en la programación de usar sistemas caóticos, con su mayor sensibilidad para responder y reconfigurar puertas lógicas en su chip caótico conceptual. La principal diferencia entre un chip de computadora caótico y un chip de computadora convencional es la reconfigurabilidad del sistema caótico. A diferencia de un chip de computadora tradicional, donde un elemento de matriz de puertas programables debe reconfigurarse mediante la conmutación de muchas puertas lógicas de propósito único, un chip caótico puede reconfigurar todas las puertas lógicas mediante el control del patrón generado por el elemento caótico no lineal. [8]
La biología cognitiva evalúa la cognición como una función biológica básica. W. Tecumseh Fitch , profesor de biología cognitiva en la Universidad de Viena , es un teórico líder en ideas de intencionalidad celular. La idea es que no solo los organismos completos tienen un sentido de "significado" de intencionalidad, sino que las células individuales también tienen un sentido de intencionalidad a través de la capacidad de las células para adaptarse y reorganizarse en respuesta a ciertos estímulos. [9] Fitch analiza la idea de nanointencionalidad, específicamente con respecto a las neuronas, en su capacidad para ajustar reordenamientos para crear redes neuronales. Analiza la capacidad de células como las neuronas para responder de forma independiente a estímulos como el daño como lo que él considera "intencionalidad intrínseca" en las células, explicando que "si bien a un nivel mucho más simple que la intencionalidad a nivel cognitivo humano, propongo que esta capacidad básica de los seres vivos [la respuesta a los estímulos] proporciona los componentes básicos necesarios para la cognición y la intencionalidad de orden superior". [9] Fitch describe el valor de su investigación para áreas específicas de la informática, como la inteligencia artificial y la arquitectura informática. Afirma que "si un investigador pretende crear una máquina consciente, hacerlo con interruptores rígidos (ya sean tubos de vacío o chips de silicio estáticos) es equivocarse de rumbo". [9] Fitch cree que un aspecto importante del desarrollo de áreas como la inteligencia artificial es el software con nanointenciones y capacidad autónoma para adaptarse y reestructurarse.
En una revisión de la investigación antes mencionada realizada por Fitch, Daniel Dennett , profesor de la Universidad de Tufts, analiza la importancia de la distinción entre el concepto de hardware y software al evaluar la idea de wetware y material orgánico como las neuronas. Dennett analiza el valor de observar el cerebro humano como un ejemplo preexistente de wetware. Considera que el cerebro tiene "la competencia de una computadora de silicio para asumir una variedad ilimitada de roles cognitivos temporales". [10] Dennett no está de acuerdo con Fitch en ciertas áreas, como la relación entre software/hardware versus wetware, y lo que una máquina con wetware podría ser capaz de hacer. Dennett destaca la importancia de realizar investigaciones adicionales sobre la cognición humana para comprender mejor los mecanismos intrínsecos por los que puede operar el cerebro humano, para crear mejor una computadora orgánica. [10]
Las computadoras wetware no deben confundirse con los dispositivos de cerebro en un chip que, en su mayoría, están destinados a reemplazar modelos animales en la detección preclínica de fármacos [11] . Las computadoras wetware modernas utilizan una tecnología similar derivada del campo del cerebro en un chip, pero no se han establecido aplicaciones médicas específicas de la computación wetware.
Las computadoras wetware pueden tener implicaciones éticas sustanciales, [12] [ cita(s) adicional(es) necesaria(s )] por ejemplo relacionadas con posibles potenciales para la sensibilidad y el sufrimiento y la tecnología de doble uso. [ cita necesaria ]
Además, en algunos casos, el propio cerebro humano puede estar conectado como una especie de "wetware" a otros sistemas de tecnología de la información, lo que también puede tener grandes implicaciones sociales y éticas, [13] incluidas cuestiones relacionadas con el acceso íntimo al cerebro de las personas. [14] Por ejemplo, en 2021 Chile se convirtió en el primer país en aprobar una neuroley que establece derechos a la identidad personal, el libre albedrío y la privacidad mental. [15]
El concepto de insectos artificiales [16] puede plantear cuestiones éticas importantes, incluidas cuestiones relacionadas con la disminución de las poblaciones de insectos .
No está claro si los organoides cerebrales humanos podrían desarrollar un grado o forma de conciencia. También podrían ser posibles preguntas futuras si podrían adquirir su estatus moral con derechos y límites relacionados [ cita requerida ] . Existen investigaciones sobre cómo podría detectarse la conciencia. [17] Dado que los organoides cerebrales pueden adquirir una función neuronal similar a la del cerebro humano, la experiencia subjetiva y la conciencia pueden ser factibles. Además, es posible que adquieran dicha función al ser trasplantados a animales. Un estudio señala que, en varios casos, puede ser moralmente permisible "crear animales autoconscientes mediante el injerto de organoides cerebrales humanos, pero en ese caso, el estatus moral de dichos animales debería considerarse cuidadosamente". [18]
Si bien ha habido pocos avances importantes en la creación de una computadora orgánica desde la calculadora basada en neuronas desarrollada por Ditto en la década de 1990, la investigación continúa impulsando el campo y, en 2023, investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign construyeron una computadora funcional utilizando 80.000 neuronas de ratón como procesador que puede detectar señales de luz y eléctricas. [19] Proyectos como el modelado de vías caóticas en chips de silicio por Ditto han hecho descubrimientos en formas de organizar chips de silicio tradicionales y estructurar la arquitectura de la computadora para que sea más eficiente y esté mejor estructurada. [8] Las ideas que surgen del campo de la biología cognitiva también ayudan a seguir impulsando los descubrimientos en formas de estructurar sistemas para inteligencia artificial, para imitar mejor los sistemas preexistentes en humanos. [9]
En una computadora fúngica propuesta que utiliza basidiomicetos , la información se representa mediante picos de actividad eléctrica, se implementa un cálculo en una red de micelio y se realiza una interfaz a través de cuerpos fructíferos. [20]
La conexión de organoides cerebrales (incluido el wetware similar a una computadora) con otros tejidos nerviosos puede volverse factible en el futuro, [18] como lo es la conexión de neuronas artificiales físicas (no necesariamente orgánicas) y el control del tejido muscular . [21] [22] Los módulos externos de tejido biológico podrían desencadenar trenes paralelos de estimulación de regreso al cerebro. [23] Los dispositivos completamente orgánicos podrían ser ventajosos porque podrían ser biocompatibles , lo que podría permitir que se los implantara en el cuerpo humano. [16] Esto podría permitir tratamientos de ciertas enfermedades y lesiones del sistema nervioso. [16]
Tres empresas se centran específicamente en la computación wetware utilizando neuronas vivas:
Las tecnologías biodigitales proporcionan la base para un nuevo naturalismo basado en el crecimiento de organismos y sistemas naturales y sintéticos, y una ciencia pionera con implicaciones políticas, éticas y educativas muy serias. La biologización de la información y la informática es menos obvia que la digitalización de la ciencia y hasta ahora solo se encuentra en etapas muy tempranas y, sin embargo, anuncia una próxima hibridación e interfaz que puede ser revolucionaria.
{{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )