Cerebros de mosca para producir inteligencia artificial

Un cerebro humano es una máquina descomunal. Está compuesto por unos cien mil millones de neuronas, que a su vez tienen de media unas mil conexiones con otras de sus compañeras. Un ejemplo para entender la potencia de ese artefacto que todos llevamos sobre los hombros: para simular una sola de esas células nerviosas hace falta la potencia de un ordenador portátil.

Hace medio siglo, el escritor Philip K. Dick planteaba que en 2001 podríamos preguntarnos si los androides sueñan con ovejas eléctricas. Hoy, los ordenadores hacen cosas espectaculares, pero nada remotamente parecido a recrear una mente humana. En ese camino para conocer cómo funciona el cerebro, producir algún tipo de inteligencia artificial y muchas otras cosas, los científicos han tenido que reducir el problema para hacerlo abarcable.

Uno de estos enfoques ha sido protagonista del encuentro internacional Moscas, gusanos y robots, celebrado en Sant Feliu de Guixols (Gerona). Uno de los animales más útiles para comprender por partes la compleja biología humana es la mosca Drosophila. Tiene un genoma muy simple, de solo cuatro pares de cromosomas frente a los 23 humanos, comparte con nosotros un 75% de los genes homologables, y es fácil de manipular. Además, trabajar con ella es barato y se reproduce a gran velocidad, dos factores extra que la hacen muy apreciada por la ciencia.

Matthieu Louis, investigador del Centro de Regulación Genómica de Barcelona (CRG) y organizador del encuentro, utiliza las moscas para hacer la disección molecular de una red neuronal entera, encargada de controlar el comportamiento alimenticio de una larva.

El gusano no hace otra cosa que comer, y para ello realiza unos movimientos típicos y simples. Como si fuese un sabueso, mueve la cabeza y olfatea para después decidir en qué dirección debe partir para encontrar comida.

Este comportamiento requiere la integración de mucha información sensorial, que después se debe transmitir a los músculos para ejecutar la decisión. “Las larvas sólo tienen 21 neuronas sensoriales olfativas, y con un sistema tan simple, son capaces de discriminar muchos olores y de crear memorias olfativas”, explica Louis. “En comparación, los humanos y los ratones tienen millones de esas neuronas”, comenta.

“Con las moscas sabemos qué neuronas están relacionadas con qué genes”, explica el investigador del CRG. “Somos capaces de estudiar lo que sucede con neuronas individuales mientras el animal se mueve”, añade. Estas técnicas permiten entender procesos que son similares a los humanos, pero más simples, y contestar preguntas como cuántas neuronas hacen falta para integrar una información, procesarla y responder en consecuencia, o cuáles activan un comportamiento y cuáles lo impiden.

Para completar la información que se obtiene de las moscas, algunos de los expertos mundiales reunidos en Sant Feliu de Guixols también trabajan con otro de los modelos animales más útiles: el gusano C. Elegans. Como en el caso de Drosophila, es un organismo simple y fácil de manipular, que permite estudiar con detalle los mecanismos de regulación que ayudan a estos seres a relacionarse con su entorno.

La utilidad del C. Elegans en este campo ha sido demostrada por investigadores célebres como Martin Chalfie. Este ganador del Premio Nobel de Química 2008 utiliza al nematodo para investigar el desarrollo y funcionamiento de las neuronas.

¿Sueñan los robots con moscas eléctricas?

Los últimos protagonistas de este proceso son los robots, que sirven para poner a prueba si la información obtenida en gusanos y moscas se ha comprendido bien. El plan consiste en reconstruir seres cibernéticos con funciones tan simples como los animales empleados que reproduzcan, por ejemplo, la forma en que la mosca procesa un estímulo olfativo y su reacción.

De esta forma, si la simulación se parece al original significa que la comprensión del proceso es correcta. Si falla, el modo en el que lo hace puede ayudar a detectar dónde está el error en la comprensión del proceso biológico, y dar ideas sobre la dirección en la que se puede dirigir la investigación.

El reto no es producir un detector para un olor particular, algo que los ingenieros ya pueden hacer. “El problema es combinar la información de varios detectores para reconocer y reconocer distintos olores y a partir de esa información recrear comportamientos como correr hacia la comida y alejarse del peligro, como hacen las moscas y los gusanos para sobrevivir”, indica Louis.

Respecto a la visión, los expertos en robótica tratan de reproducir los algoritmos tras la visión y el vuelo de Drosophila, algo que permitiría controlar la altitud de los drones para evitar obstáculos y aterrizar de forma autónoma.

El enfoque de los investigadores que trabajan con moscas, gusanos y robots es un complemento a los gigantescos proyectos puestos en marcha por Europa y EEUU para simular el funcionamiento del cerebro en superordenadores.

“Con proyectos como el Human Brain Project (HBP) se trata de reconstruir el cerebro en términos de macrocircuitos”, apunta Louis. “Con nuestra forma de trabajar se observan los microcircuitos y cómo algunos comportamientos emergen de la actividad de esos microcircuitos, un enfoque complementario al del HBP”, concluye.