Organoide cerebral: cientistas conectaram inteligência artificial em um minicérebro

Um estudo publicado recentemente na Nature Electronics pode ser o ponto de partida para a introdução de uma nova tecnologia de biocomputadores, capazes de incorporar estratégias biológicas no sentido de tornar esses dispositivos mais poderosos e sustentáveis do que os modelos convencionais.

Para isso, cientistas das áreas de engenharia computacional e biologia conectaram um “organoide cerebral”, estrutura de laboratório que imita o cérebro humano, diretamente a um sistema de inteligência artificial (IA). A conexão usou o próprio tecido neural para complementar as tarefas realizadas pelos sistemas computacionais.

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A ideia é incrementar o poder computacional da IA, combinando o aprendizado de máquina comum com um modelo sofisticado em 3D de organoide. Conhecidos também como minicérebros, esses agregados tridimensionais de neurônios são criados a partir de células da pele reprogramadas. Induzidas em laboratório a retornar ao estágio de células-tronco, elas podem se transformar em qualquer tecido do corpo humano.

Como os cientistas conectaram o minicérebro à Inteligência Artificial?

Esquema gráfico do estudo.Fonte:  Hongwei Cai et al. 

Para testar suas hipóteses, os pesquisadores utilizaram uma abordagem de hardware de IA conhecida como "computação de reservatório adaptativo de redes neurais biológicas em um organoide cerebral", onde o organoide é o reservatório, armazenando e reagindo às informações inseridas.

Batizada como Brainoware, a computação acontece por meio de informações transmitidas e recebidas do organoide cerebral por meio de multieletrodos de alta densidade. "Basicamente, podemos codificar a informação — algo como uma imagem ou informação de áudio — no padrão espaçotemporal de estimulação elétrica", explica em release o coautor do estudo Feng Guo, professor da Indiana University Bloomington, nos EUA.

Apesar de estar a anos-luz do funcionamento estrutural do cérebro de verdade, o experimento conseguiu fornecer "truques biológicos" capazes de entregar mais potência e eficiência energética ao sistema. Analogamente, o método poderia receber também preciosos insights sobre o funcionamento do cérebro humano, principalmente no contexto de doenças degenerativas, como o Alzheimer e o Parkinson.

Qual o resultado dos testes com o computador híbrido

Mesmo sendo uma estrutura bem mais simplificada do que um cérebro real, o organoide forneceu uma reação análoga à que o órgão original adotaria, alterando-se em resposta aos sinais elétricos. Essas alterações são as responsáveis pela nossa capacidade de aprender.

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Para ilustrar o potencial prático dessa nova técnica, os pesquisadores usaram o hardware híbrido para treinar um algoritmo para completar dois tipos de tarefas: uma para reconhecimento de voz e outra para previsão de equações não lineares (com curvas, parábolas e exponenciais) na estrutura de computação de reservatório.

O primeiro experimento revelou cerca de 78% de acerto no reconhecimento de sons de vogais japonesas a partir de centenas de amostras de áudio, diz o estudo. Já no segundo, o resultado foi considerado "bastante preciso", embora abaixo do atingido por modelos habituais de aprendizado de máquina.

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