Organoides cerebrales logran "aprender" a resolver problemas de ingeniería mediante entrenamiento dirigido

Investigadores de la Universidad de California en Santa Cruz, en Estados Unidos, entrenaron organoides cerebrales, pequeños trozos de tejido cerebral cultivados en el laboratorio, para resolver problemas sencillos de ingeniería: los mini-cerebros logran enfocarse en un objetivo y solucionarlo.

Los organoides cerebrales han demostrado por primera vez que pueden ser "entrenados" para resolver un problema clásico de ingeniería: el denominado péndulo invertido. Los científicos combinaron cultivos neuronales con una interfaz eléctrica en la que un software de refuerzo los "entrena" mediante estímulos dirigidos, logrando que estas estructuras biológicas mejoren su rendimiento en la tarea.

Aprendizaje adaptativo para entrenar mini-cerebros

El experimento se describe en un estudio publicado en la revista Cell Reports: el problema del péndulo invertido consiste en aprender a equilibrar un poste vertical articulado a un carro móvil. Este problema se utiliza como punto de referencia en campos como la robótica o la inteligencia artificial, para evaluar si un sistema de control puede procesar y responder de forma adaptativa a la información de una manera útil.

De acuerdo a una nota de prensa, el equipo estadounidense utiliza un entorno virtual donde el ángulo del palo se comunica al organoide mediante pulsos eléctricos: la actividad que devuelve el tejido determina la acción aplicada al carro. Si el organoide no mejora su desempeño en segmentos sucesivos, el sistema administra señales de entrenamiento a neuronas específicas, seleccionadas por un algoritmo de aprendizaje por refuerzo.

La técnica de aprendizaje adaptativo aumenta la tasa de éxito desde un 4,5 % con estímulos aleatorios hasta cerca del 46 % cuando se aplica entrenamiento consistente y dirigido. Los autores destacan que se trata de aprendizaje a corto plazo: tras periodos prolongados de inactividad la mejora tiende a desaparecer, una condición que apunta a la necesidad de organoides más complejos o a protocolos distintos para consolidar la memoria.

Estudiar y descubrir los secretos de enfermedades cerebrales con organoides

El enfoque abre una nueva posibilidad para estudiar la plasticidad neuronal y los mecanismos de adaptación en tejido cortical aislado, sin las modulaciones químicas y sensoriales de un organismo completo. Estos mini-cerebros permiten observar cómo redes neuronales biológicas se reorganizan para mejorar el desempeño en una tarea concreta, algo que en animales y humanos resulta mucho más difícil de aislar y estudiar.

En definitiva, se trata de la primera demostración rigurosa del aprendizaje dirigido a objetivos en organoides cerebrales, ampliando la utilidad de estos mini-cerebros para estudiar enfermedades cerebrales como el Alzheimer, los accidentes cerebrovasculares, el autismo, la esquizofrenia o la enfermedad de Parkinson, entre otras.

Además, este avance sienta las bases para una mayor exploración de cómo los sistemas biológicos procesan la información y cómo las distintas patologías mencionadas previamente pueden cambiar o afectar la capacidad del cerebro para aprender.