Cientistas criam computador biológico 3D com neurônios vivos e eletrônica avançada

Pesquisadores da Universidade de Princeton desenvolveram um dispositivo de rede neural tridimensional inovador que integra neurônios vivos com tecnologia eletrônica embarcada de ponta. A descoberta, detalhada em um comunicado de imprensa, permite que o computador biológico realize tarefas de reconhecimento de padrões através de cálculos. Em termos simples, o estudo demonstra a capacidade de células cerebrais reais realizarem computação fora do cérebro, com a ajuda de dispositivos eletrônicos.

Embora a utilização de células cerebrais para computação não seja inédita, as abordagens anteriores se limitavam a cultivar células em duas dimensões ou em aglomerados tridimensionais, monitorando sua atividade apenas externamente. A equipe de Princeton adotou uma estratégia completamente nova. Eles construíram uma estrutura de rede tridimensional usando microfios e eletrodos sobre uma base de resina epóxi fina. Em seguida, cultivaram dezenas de milhares de neurônios, utilizando a estrutura como um andaime para formar uma rede tridimensional complexa com capacidade computacional.

De acordo com os pesquisadores, essa nova metodologia permite registrar e estimular a atividade elétrica dos neurônios com uma precisão significativamente maior do que as técnicas anteriores. Ao longo de um período de seis meses, a equipe monitorou o desenvolvimento da rede neural, testando tecnologias para fortalecer ou enfraquecer as conexões entre neurônios-chave. Eventualmente, eles treinaram um algoritmo para identificar padrões de pulsos recorrentes. Para testar o desempenho do sistema, foram introduzidos dois padrões de pulsos distintos, e o sistema conseguiu diferenciá-los com sucesso.

Os planos futuros da equipe incluem a expansão da escala do dispositivo para lidar com tarefas cada vez mais complexas. Kumar Muridungei, primeiro autor do estudo e pesquisador pós-doutorado em engenharia elétrica e computação, afirma que a tecnologia “não apenas ajuda a desvendar os mistérios da computação cerebral, mas também pode contribuir para a compreensão e, possivelmente, o tratamento de várias doenças neurológicas”. A motivação inicial da pesquisa era explorar questões fundamentais da neurociência através do estudo da atividade de células cerebrais vivas, e esse objetivo permanece central.

Além disso, os pesquisadores identificaram um potencial para resolver um dos principais desafios da inteligência artificial: o alto consumo de energia. Tian-Ming Fu, membro da equipe e professor assistente de engenharia elétrica e computação, explica: “A curto prazo, o verdadeiro gargalo no desenvolvimento da IA é o consumo de energia. O cérebro humano consome apenas um milionésimo da energia dos sistemas de IA atuais para realizar as mesmas tarefas.” A equipe espera que este dispositivo ajude a desvendar os mecanismos por trás da computação de baixo consumo do cérebro, replicando essas descobertas para resolver o problema do alto consumo de energia na IA.

A pesquisa foi publicada na revista Nature Electronics.

📝 Nota do Especialista Tec Arena

Este avanço representa um salto significativo na interseção entre neurociência e computação. A capacidade de criar sistemas biológicos computacionais com essa precisão abre portas para uma nova era de pesquisa em inteligência artificial e, potencialmente, para o desenvolvimento de terapias inovadoras para doenças neurológicas. A busca por soluções de baixo consumo energético, inspiradas no cérebro humano, é crucial para o futuro da IA, e esta pesquisa oferece um caminho promissor. Embora a aplicação prática em larga escala ainda esteja distante, o potencial disruptivo desta tecnologia é inegável. Atualmente, não há previsão de disponibilidade comercial deste tipo de tecnologia no Brasil.

Via: IT之家