Laboratorio de Innovación biodigital del CUCEI investiga cómo hacer que neuronas biológicas “computen”

Un equipo interdisciplinario del Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías (CUCEI) desarrolla una línea de investigación poco común en México: en lugar de utilizar cómputo para resolver problemas biomédicos, busca que sistemas biológicos –redes neuronales cultivadas en laboratorio– realicen tareas de cómputo por sí mismas.

Esto ocurre en el laboratorio de Innovación biodigital, encabezado por el doctor José Alejandro Morales Valencia, especialista en genética humana. Entre investigadores y estudiantes de licenciatura, maestría y doctorado provenientes de la biomedicina, ingeniería y cómputo inteligente suman alrededor de 50 colaboradores.

“Somos originalmente un laboratorio experto en el análisis computacional inteligente de sistemas biológicos. Ahora también nos dedicamos a soluciones no convencionales de biomedicina hacia otros campos, como el biocómputo y el biodiseño”, explicó Morales Valencia.

La línea central del proyecto se denomina inteligencia biológica sintética, y combina algoritmos de aprendizaje automático con cultivo celular real. Para ello, el laboratorio colabora con el Centro de investigación biomédica de Occidente (CIBO), perteneciente al IMSS, que aporta la infraestructura necesaria para el cultivo de neuronas.

“Buscamos aprovechar las capacidades que las redes neuronales biológicas tienen para el procesamiento de información. Eso es lo que la rama de inteligencia biológica sintética busca”, detalló Gustavo Candelario Guzmán, estudiante de doctorado en Ciencias en inteligencia computacional e integrante del equipo.

Uno de los enfoques con mayor proyección dentro del grupo es el cómputo de reservorio, según explicó Ana Saraí Escamilla Zepeda, quien cursa la maestría en Ciencias en bioingeniería y cómputo inteligente. Bajo este modelo, las neuronas cultivadas funcionan como un sistema capaz de procesar información de manera similar a una red neuronal artificial, pero con ventajas particulares.

“Una es la eficiencia energética: trabaja con 20 watts. Otro es que el cerebro trabaja en paralelo, puesto que puede procesar información al mismo tiempo en diferentes áreas o en diferentes regiones cerebrales”, dijo Christian Iván Navarro Cuéllar, también estudiante de maestría del laboratorio.

Rossy Cointa Carrillo Piña, estudiante de quinto semestre de Ingeniería biomédica, agregó que este tipo de inteligencia resulta más sustentable frente al alto consumo energético que caracteriza a la inteligencia artificial convencional. Navarro Cuéllar añadió que los sistemas biológicos, además, presentan mayor variabilidad y capacidad de adaptación al cambio.

El equipo ha comenzado a presentar resultados en foros internacionales. El mes pasado, Navarro Cuéllar expuso un cartel en Chicago, durante la International conference on neuromorphic computing systems, sobre el registro de la actividad electrofisiológica de ratas para reconstruir e inferir redes neuronales aplicables al cómputo de reservorio, con el objetivo de resolver tareas de navegación.

El proyecto insignia del laboratorio, titulado “Desarrollo de agentes neuromórficos para tareas de navegación basados en inteligencia biológica sintética y gemelos digitales de reservorio”, busca que cultivos neuronales controlen, eventualmente, un vehículo a escala. 

De acuerdo con los propios investigadores, se calcula que existen apenas doce grupos en el mundo trabajando en esta línea de investigación, y el trabajo con cultivo celular se realiza bajo estándares éticos vigentes, aunque reconocen que persisten interrogantes sobre las implicaciones de cuál tejido neuronal funcional ejecute tareas.

Las metas del grupo están planteadas en distintos horizontes: a corto plazo, lograr que las neuronas ejecuten tareas de navegación en un carrito de juguete; a mediano plazo, proponer nuevos paradigmas sobre lo que se entiende por computación y a largo plazo, que estos sistemas biológicos asuman funciones hoy reservadas a la inteligencia artificial.

Para los estudiantes que colaboran en el proyecto, la experiencia trasciende lo académico. “Es fomentar el crecimiento no sólo académico, porque el hecho de estar conviviendo con personas que están haciendo este tipo de proyectos incentiva el pensamiento crítico”, coincidieron varios integrantes del equipo.