Investigadores de la Universidad de Utrecht, en Países Bajos, y de la Universidad Sogang, en Corea del Sur, han logrado simular las conexiones neurológicas, conocidas como sinapsis, utilizando los mismos ingredientes que el cerebro: agua y sal. Este avance, publicado en PNAS, representa un paso significativo hacia la integración de la biología con la electrónica en un campo emergente denominado iontrónica.
Inspirados por el funcionamiento del cerebro humano, que utiliza partículas cargadas llamadas iones disueltas en agua para transmitir señales entre neuronas, los científicos han desarrollado un dispositivo llamado memristor iontrónico.
Este aparato es capaz de «recordar» la cantidad de carga eléctrica que ha circulado anteriormente a través de él, acercándonos más a la creación de sistemas artificiales que puedan imitar las capacidades extraordinarias del cerebro humano.
«Representa un avance crucial hacia computadoras capaces no solo de imitar los patrones de comunicación del cerebro humano, sino también de utilizar el mismo medio», explica Tim Kamsma, físico teórico de la Universidad de Utrecht.
El dispositivo
El memristor iontrónico, con forma de cono y relleno de una solución de agua y sal, mide apenas de 150 a 200 micrómetros de ancho. Esto equivale aproximadamente al grosor de tres o cuatro cabellos humanos juntos.
Los impulsos eléctricos provocan que los iones se muevan a través del canal en forma de cono, con variaciones en la carga eléctrica que llevan a cambios en el movimiento de los iones. El cambio en la forma en que la sinapsis conduce la electricidad puede medirse y descifrarse para entender cuál fue la señal de entrada, representando un tipo de memoria.
Aunque el dispositivo se encuentra en sus etapas iniciales, y la iontrónica en general aún está emergiendo, la manera en que la longitud del canal afecta la duración de la retención de la memoria del memristor ya sugiere que los canales podrían ser personalizados para tareas específicas, de manera similar a como ocurre en el cerebro.
Los físicos también están interesados en explorar cómo estas sinapsis sintéticas podrían combinarse de diferentes maneras. Dado que su producción es relativamente rápida y económica, el nuevo diseño podría escalarse para una variedad de aplicaciones futuras.
«Mientras que ya existen sinapsis artificiales capaces de procesar información compleja basadas en materiales sólidos, ahora mostramos por primera vez que esta hazaña también puede lograrse utilizando agua y sal», señala Kamsma. «Estamos replicando efectivamente el comportamiento neuronal usando un sistema que emplea el mismo medio que el cerebro.»
Sinapsis artificial
La esperanza de los investigadores es que, al seguir tan fielmente el plano proporcionado por el cerebro, en lugar de depender de procesos y componentes eléctricos tradicionales, podamos acercarnos a la capacidad y eficiencia del cerebro con nuestros propios computadores.
Para los investigadores, también es un poderoso ejemplo de cómo la física teórica y experimental pueden combinarse para abrir nuevos caminos científicos, proporcionando al equipo un momento de asombro cuando se creó la sinapsis artificial.
«¡Pensé, wow!», exclama Kamsma. «Es increíblemente gratificante presenciar la transición de una conjetura teórica a resultados experimentales tangibles y hermosos», finaliza.