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Brainoware una biomáquina con IA que reconoce la voz humana Está construida a partir de un organoide cerebral que emula la estructura y los principios de funcionamiento del cerebro, abordando las limitaciones de las IA.

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Incuba Media Lab

brainoware una biomaquina con ia que reconoce la voz humana science

La ciencia ha avanzado a pasos agigantados en los últimos 120 años y muestra de ello, lo vemos a diario en los automóviles de Tesla con Auto-Pilot o los Cruise autónomos, que se manejan solos o también en las inteligencias artificiales (IA) como ChatGPT de OpenAI, Bard de Google o incluso la más reciente Gemini AI, también de esta empresa, con las que interactuamos asombrados.

Pero sin duda, el universo de los organoides y sus posibilidades es por mucho más fascinante, pues estos son una miniversión simplificada de un órgano reproducido en 3D in vitro, que muestra una microanatomía realista capaz de recrear órganos humanos en vivo, como el pulmón, el hígado o el cerebro.

Y en el caso del cerebro en particular, un grupo de científicos han creado un organoide denominado Brainoware que fue capaz de simular la estructura y funcionamiento del cerebro humano y, mediante una IA, es capaz de reconocer el habla humana. Las posibilidades de esto, son infinitas, porque se podrían crear biomáquinas en el futuro.

Los autores de la investigación: Hongwei Cai, Zheng Ao, Chunhui Tian, Zhuhao Wu, Hongcheng Liu, Jason Tchieu, Mingxia Gu, Ken Mackie y Feng Guo, dijeron que este “hardware informático inspirado en el cerebro tiene como objetivo emular la estructura y los principios de funcionamiento del cerebro y podría utilizarse para abordar las limitaciones actuales de las tecnologías de inteligencia artificial”.

Para los investigadores, “los chips de silicio inspirados en el cerebro todavía tienen una capacidad limitada para imitar completamente la función cerebral, ya que la mayoría de los ejemplos se basan en principios electrónicos digitales”.

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Por ello, presentaron “un enfoque de hardware de inteligencia artificial que utiliza el cálculo adaptativo del reservorio de redes neuronales biológicas en un organoide cerebral”, que fue denominado Brainoware. Según los autores del estudio, “la computación se realiza enviando y recibiendo información del organoide cerebral utilizando una matriz multielectrodo de alta densidad”.

Al aplicar estimulación eléctrica espaciotemporal, se logra una dinámica no lineal y propiedades de memoria que se desvanecen, así como un aprendizaje no supervisado a partir de datos de entrenamiento al remodelar la conectividad funcional del organoide”.

Y es que, desde que el hombre comenzó la era de la computación, ha tratado de desarrollar tanto a nivel de hardware como de software, sistemas que se parezcan cada vez más al cerebro humano, pero ahora, con Brainoware los investigadores han conseguido combinar tejido cerebral humano con componentes electrónicos y una IA.

El hallazgo, que fue publicado este lunes en la revista Nature Electronics, es básicamente un sistema informático híbrido conformado por hardware electrónico conectado a un organoide cerebral, capaz de realizar tareas como el reconocimiento del habla humana.

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Este organoide que fue fabricado por científicos mediante el método de cultivo celular, en un laboratorio, ahora es capaz de operar como un sistema bioinformático, el cual ha sido desarrollado para ofrecer soluciones eficientes mediante la inteligencia artificial (aprendizaje automático y modelos de redes neuronales artificiales) a la cada vez más demandada potencia de cálculo.

Los investigadores crearon este organoide cerebral tridimensional mediante el cultivo artificial de células madre humanas para desarrollar tejidos similares al cerebro capaces de reproducir ciertos aspectos de su estructura y función.

Dicho organoide, cuenta con diferentes identidades celulares cerebrales, incluidas neuronas en fase inicial y maduras, y el desarrollo temprano de estructuras parecidas al cerebro (como zonas ventriculares) para la formación, función y mantenimiento de redes neuronales.

De allí que, este organoide cerebral que opera como un cerebro artificial recibe entradas mediante estimulación eléctrica y envía salidas a través de la actividad neuronal. Además, lleva incorporado un tipo de red neuronal artificial conocida como ‘computación de reservorio’, capaz de capturar y recordar información.

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De acuerdo a los autores de la investigación, con este organoide en los experimentos quedó demostrada la capacidad de este sistema bioinformático para el reconocimiento del habla. De hecho, los investigadores calcularon que Brainoware tiene una precisión aproximada del 78%.

Durante las pruebas, el sistema informático tuvo que reconocer los sonidos vocálicos japoneses de un individuo entre las voces de otras ocho personas para lo cual se utilizaron unos 240 clips de audio.

En el estudio, se observó que el sistema fue mejorando notablemente con el entrenamiento y alcanzó una precisión aproximada del 78%. “Puede que queden décadas hasta que podamos crear sistemas bioinformáticos completos, pero es probable que esta investigación genere conocimientos fundacionales sobre los mecanismos del aprendizaje, el desarrollo neuronal y las implicaciones cognitivas de las enfermedades neurodegenerativas”, dijo la investigadora de la Johns Hopkins University, “Universidad de Johns Hopkins”, Lena Smirnova, revisora de la investigación.

Sin embargo, no cabe duda que al cabo de unos años, podremos ver sistemas de IA, funcionando mediante organoides e incluso, posiblemente, equipos computacionales cuánticos basados en esta tecnología.


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