¡La humanidad está a punto de marcar el comienzo de la comprensión del misterioso mundo de la estructura de la red neuronal del cerebro!
Neurocientíficos de Harvard e ingenieros de Google han publicado el primer mapa de conexiones de redes neuronales en partes del cerebro humano, aproximadamente del tamaño de una cabeza de alfiler de tejido cerebral humano teñido con metales pesados, cortado en 5000 piezas y fotografiado bajo un microscopio electrónico. Aunque este milímetro cúbico de tejido ocupa solo una millonésima parte de todo el cerebro humano. Sin embargo, la cantidad de datos que describen sus células nerviosas, vasos sanguíneos, etc. alcanza 1,4 PB (unidad de almacenamiento de computadora 1,4 PB = 1024 TB).
Aunque solo se ha dibujado una pequeña parte de la estructura neuronal del cerebro, para los investigadores neuromédicos, “esto es como descubrir un nuevo continente”, ¡y también será de gran importancia para el progreso de la ciencia de la vida humana!
Los investigadores han estado trabajando para crear y estudiar un mapa completo de todas las conexiones neuronales en la totalidad o parte del cerebro. Debido a que toda la actividad neuronal relacionada con la materia cerebral se realiza a través de conexiones neuronales, es el núcleo clave para comprender cómo los humanos piensan, sienten, se mueven, recuerdan, perciben y más.
Las conexiones neuronales más detalladas y complejas jamás creadas por humanos, compiladas a partir de solo un milímetro cúbico de la corteza cerebral humana.
1. Revelar el misterio de la complejidad humana.
El cerebro humano tiene un total de 86 mil millones de neuronas: 69 mil millones en el cerebelo, un bloque denso en la parte posterior del cerebro que coordina las funciones y movimientos corporales básicos; 16 mil millones en la corteza cerebral, responsable de nuestra inteligencia y talentos más complejos, como la conciencia del ego, el lenguaje, la resolución de problemas y el pensamiento abstracto; otros mil millones están en el tronco encefálico y las partes que se extienden hasta el centro del cerebro.
Cada neurona en el cerebro humano tiene de docenas a miles de conexiones con otras neuronas, pero no todas las conexiones son importantes porque las neuronas y otras neuronas en esta enorme red establecen una serie de conexiones.Miles de conexiones a menudo tienen funciones alternas superpuestas. Por eso, por ejemplo, algunas personas sufren un ictus que puede hacer que desaparezcan miles de neuronas sin perder la memoria.
La estructura de conexión neuronal del cerebro humano es tan compleja, con 86 mil millones de neuronas, cada neurona tiene docenas o miles de conexiones entre otras neuronas, e incluso las conexiones neuronales pueden extenderse al campo cuántico. La complejidad de computar tales estructuras de red no es menos que la de la astronomía y la mecánica cuántica, que es la razón fundamental por la que el cerebro humano puede hacer cosas de innumerables formas.
Pero, en teoría, el comportamiento humano es biológicamente predecible, aunque está muy lejos. Si lo macroscópico y lo microscópico pueden unificarse en esencia es un desafío extremadamente grande para que los científicos analicen la interconexión aparentemente infinita del cerebro más complejo, poniendo a prueba los límites de los seres humanos y la inteligencia artificial.
2. Revelar la diferencia esencial entre la inteligencia humana y otros organismos.
El cerebro de un elefante es tres veces más grande que el de un humano. Hay 251 mil millones de neuronas en el cerebelo, que es responsable de manejar el enorme torso, y solo 5.6 mil millones en la corteza, menos de un tercio del cuerpo humano. Los primates pueden acumular más neuronas en la corteza cerebral que otros mamíferos. Por ejemplo, en comparación con los elefantes y las ballenas, los simios tienen cerebros pequeños, pero su corteza es mucho más densa. Los orangutanes y los gorilas tienen 9 mil millones de neuronas corticales, los chimpancés tienen 6 mil millones.
El cerebro humano tiene 16 mil millones de neuronas en la corteza, mucho más que cualquier otra especie en la Tierra. Esta es la diferencia más obvia entre los cerebros humanos y no humanos. La inteligencia del cerebro está relacionada con la arquitectura del cerebro, no solo con el peso y el tamaño.
Los cerebros humanos son mucho más pequeños que los de los elefantes o las ballenas. Sin embargo, hay muchas más neuronas en la corteza cerebral humana que en la corteza de cualquier otro animal.
El cerebro humano también es único en su glotonería sin precedentes. Aunque constituye solo el 2% del peso corporal, el cerebro humano utiliza el 20% de la energía total del cuerpo en reposo, y el gen transportador de glucosa centrado en el cerebro humano es 3,2 veces más activo en el tejido cerebral humano que en el cerebro de chimpancé. Por el contrario, el cerebro de un chimpancé requiere solo la mitad de la energía que consume un cerebro humano.
Además de esto, el cerebro humano está en constante evolución y proliferación, y aunque el mecanismo de expansión ha sido durante mucho tiempo un misterio, ¡la evidencia anatómica está fuera de toda duda! La explosión de la evolución del cerebro humano es una razón clave de nuestro coeficiente intelectual inusualmente alto en comparación con otros animales.
Tercero, el mapeo del cerebro humano promoverá otro salto en la inteligencia artificial.
Los intrincados pliegues que cubren la superficie del cerebro forman la corteza cerebral, un trozo de tejido del tamaño de una pizza. Es la unidad central de procesamiento del cerebro humano. La lámina cortical, de unos tres milímetros de espesor, consta de una serie de módulos repetitivos, o microcircuitos, similares a los arreglos de puertas lógicas en un chip de computadora. Cada módulo consta de aproximadamente 100.000 neuronas dispuestas en una compleja red neuronal interconectada. Los módulos en diferentes regiones del cerebro están dedicados a propósitos específicos como la visión, el movimiento o la audición.
Los avances en la nueva tecnología permiten a los investigadores analizar cómo interactúan las neuronas dentro de los módulos cerebrales, aunque en una pequeña gama de aplicaciones. Pero por primera vez en la historia humana, la capacidad de interrogar a los módulos del cerebro, no solo conjeturas.
Si bien la inteligencia artificial no es una idea nueva, las reglas para conectar redes neuronales artificiales en la actualidad casi con seguridad no son las mismas que las que emplea el cerebro. Las redes neuronales actuales consisten en arquitecturas de avance, donde la información fluye desde la entrada hasta la salida a través de una serie de capas. Cada capa está entrenada para reconocer ciertas características, como ojos o bigotes. Luego, este análisis se retroalimenta, con cada capa sucesiva realizando cálculos cada vez más complejos en los datos.
Pero esta estructura de retroalimentación ignora un componente importante de los sistemas biológicos: la retroalimentación, ya sea dentro de una sola capa o de las capas superiores a las inferiores. En un cerebro real, las neuronas de la corteza se conectan con las neuronas de sus capas adyacentes, formando una red recurrente extremadamente compleja. La retroalimentación tiene tantas conexiones neuronales como la retroalimentación y es una función muy importante de la red cortical humana.
Si bien los neurocientíficos aún no entienden exactamente qué están haciendo estos circuitos de retroalimentación, los circuitos de retroalimentación tienen la capacidad de dar a las máquinas una característica que creemos que es exclusiva de los humanos: ¡la conciencia! !
Lo más importante en este momento es la necesidad de un mapeo a gran escala de la actividad neuronal y de conexión, pero esta tarea es extremadamente desafiante. Solo en términos de almacenamiento de datos, cada milímetro cúbico de estructura neuronal del tejido cerebral requiere de 1 a 2 petabytes de datos de una computadora. Sin embargo, el mayor desafío: descubrir algorítmicamente las reglas para las conexiones entre estas neuronas y lo que representan las conexiones.
Pero una vez que este trabajo sea conquistado por los seres humanos, será un logro subversivo de las ciencias de la vida. Aunque el Monte Mulunga de la ciencia es infranqueable, solo se necesita hacerlo una vez.
