Las redes de nanocables aprenden y recuerdan como un cerebro humano

Un equipo internacional dirigido por científicos de la Universidad de Sydney ha demostrado que las redes de nanocables pueden exhibir memoria tanto a corto como a largo plazo como el cerebro humano.

La investigación ha sido publicada hoy en la revista Avances de la ciencia, dirigido por el Dr. Alon Loeffler, quien recibió su Ph.D. en la Escuela de Física, con colaboradores en Japón.

«En esta investigación encontramos que la función cognitiva de orden superior, que normalmente asociamos con el cerebro humano, se puede emular en hardware no biológico», dijo el Dr. Loeffler.

«Este trabajo se basa en nuestra investigación anterior en la que mostramos cómo la nanotecnología podría usarse para construir un dispositivo eléctrico inspirado en el cerebro con circuitos similares a redes neuronales y señalización similar a sinapsis.

«Nuestro trabajo actual allana el camino hacia la replicación del aprendizaje y la memoria similares al cerebro en sistemas de hardware no biológicos y sugiere que la naturaleza subyacente de la inteligencia similar al cerebro puede ser física».

Las redes de nanocables son un tipo de nanotecnología que generalmente se fabrican a partir de diminutos cables de plata altamente conductores que son invisibles a simple vista, cubiertos con un material plástico, que se encuentran dispersos entre sí como una malla. Los cables imitan aspectos de la estructura física en red de un cerebro humano.

Los avances en las redes de nanocables podrían presagiar muchas aplicaciones del mundo real, como la mejora de la robótica o los dispositivos de sensores que necesitan tomar decisiones rápidas en entornos impredecibles.

«Esta red de nanocables es como una red neuronal sintética porque los nanocables actúan como neuronas, y los lugares donde se conectan entre sí son análogos a las sinapsis», dijo la autora principal, la profesora Zdenka Kuncic, de la Facultad de Física.

«En lugar de implementar algún tipo de tarea de aprendizaje automático, en este estudio, el Dr. Loeffler dio un paso más y trató de demostrar que las redes de nanocables exhiben algún tipo de función cognitiva».

Para probar las capacidades de la red de nanocables, los investigadores le dieron una prueba similar a una tarea de memoria común utilizada en experimentos de psicología humana, llamada tarea N-Back.

Para una persona, la tarea N-Back podría implicar recordar una imagen específica de un gato de una serie de imágenes felinas presentadas en una secuencia. Una puntuación N-Back de 7, el promedio para las personas, indica que la persona puede reconocer la misma imagen que apareció siete pasos atrás.

Cuando se aplicó a la red de nanocables, los investigadores descubrieron que podía «recordar» un punto final deseado en un circuito eléctrico siete pasos hacia atrás, lo que significa una puntuación de 7 en una prueba N-Back.

«Lo que hicimos aquí fue manipular los voltajes de los electrodos finales para forzar el cambio de las vías, en lugar de dejar que la red hiciera lo suyo. Obligamos a las vías a ir a donde queríamos que fueran», dijo el Dr. Loeffler.

«Cuando implementamos eso, su memoria tenía una precisión mucho mayor y realmente no disminuyó con el tiempo, lo que sugiere que hemos encontrado una manera de fortalecer los caminos para empujarlos hacia donde los queremos, y luego la red lo recuerda.

«Los neurocientíficos creen que así es como funciona el cerebro, ciertas conexiones sinápticas se fortalecen mientras que otras se debilitan, y se cree que así es como preferimos recordar algunas cosas, cómo aprendemos, etc.».

Los investigadores dijeron que cuando la red de nanocables se refuerza constantemente, llega a un punto en el que ese refuerzo ya no es necesario porque la información se consolida en la memoria.

«Es como la diferencia entre la memoria a largo plazo y la memoria a corto plazo en nuestros cerebros», dijo el profesor Kuncic.

«Si queremos recordar algo durante un largo período de tiempo, realmente necesitamos seguir entrenando nuestros cerebros para consolidarlo, de lo contrario, simplemente se desvanecerá con el tiempo.

«Una tarea mostró que la red de nanocables puede almacenar hasta siete elementos en la memoria a niveles sustancialmente más altos que los de probabilidad sin entrenamiento de refuerzo y una precisión casi perfecta con entrenamiento de refuerzo».