Descubre cómo la compañía suiza FinalSpark ha fusionado la biología con la tecnología informática para crear el primer bioprocesador orgánico, ofreciendo una nueva dimensión en el procesamiento de datos con un enfoque sostenible.
En un notable avance tecnológico, FinalSpark ha lanzado Neuro platform, un proyecto que representa la convergencia entre la informática y la biología. Esta plataforma utiliza organoides cerebrales, estructuras tridimensionales de tejido cerebral, para realizar funciones de procesamiento de datos, simbolizando una innovadora CPU orgánica. Equipada con matrices multielectrodo y software avanzado, esta tecnología permite a investigadores y educadores explorar nuevas fronteras del conocimiento.
La complejidad técnica de Neuroplatform es evidente en su estructura, que incorpora cuatro matrices multielectrodo, cada una albergando cuatro organoides cerebrales. Estos están interconectados mediante ocho electrodos que facilitan la estimulación y el registro de actividad. La transmisión de datos se efectúa a través de convertidores analógicos digitales con una frecuencia de muestreo de 30 kHz y una resolución de 16 bits, permitiendo a los investigadores manipular y analizar datos de manera eficiente.
¿Cómo se crean los esferoides cerebrales o minicerebros?
En el paper se expone que existen unas cuantas bibliografías que nombras a estos bioprocesadores de diferentes modos, pero en el artículo, se basan en las directrices que permiten definir modelos celulares 3D del sistema nervioso, llamándolos esferoides cerebrales, o bien «forebrain organoids» (FOs) (Organoides del cerebro anterior).
Por su parte, la configuración del arreglo multielectrodo, que se ve en la siguiente figura, corresponde a un MEA (Multi-Electrode Array). Cada arreglo (MEA), permite alojar 4 organoides (FOs), con 8 electrodos, dos por cada uno de ellos.
El protocolo creado por FinalSpark se basa en las siguientes etapas:
- Fase de expansión de las NSCs,
- Inducción de la estructura 3D,
- Pasos de diferenciación (usando GDNF y BDNF)
- Fase de maduración (Figuras 1A,B)
La figura se describe cómo funciona el proceso biológico tras la creación de estos bioprocesadores:
En la parte A de la figura, se representan las etapas de la generación de los organoides (FOs). En (B) son fotografías esquemáticas a una escala de 250 micrometros, que permite ver proceso de formación y diferenciación de las FOs.
La figura C (C) se puede ver la fotografía de un FO completo bajo un microscopio de barrido electrónico a una escala de 100μm. Por su parte, en (D) se aprecia la FO (en blanco) asentada sobre los electrodos de la MEA, y la membrana. (el orificio en la membrana no es apreciable en la fotografía, ya que está oculto por el FO).
La vista (E), es donde se puede ver la conjugación entre los electrodos y la biología:
Aquí se puede ver el arreglo vectorial MEA, con 32 electrodos son visibles como 4 conjuntos de 8 electrodos cada uno. Encima de cada conjunto de 8 electrodos se coloca un FO, visible como una zona más oscura.
Finalmente, en (E), se ve un corte del montaje del MEA, en donde se ilustra la interfaz líquido-aire. El fluido que cubre el FO, se inyecta desde una cámara de medios a través de la porosidad de la membrana que lo envuelve.
¿Que ventajas y qué inconvenientes tienen los bioprocesadores?
Uno de los retos más significativos de la tecnología actual es el alto consumo energético, especialmente relevante en el entrenamiento de modelos de lenguaje como GPT-3. En este aspecto, el bioprocesador de FinalSpark marca una diferencia sustancial, operando con solo 20 vatios de potencia comparado con los 10 megavatios que requieren las CPUs convencionales para tareas similares. Esto no solo implica un ahorro energético considerable, sino que también contribuye a una menor emisión de calor.
A pesar de sus innovaciones, el bioprocesador presenta desafíos, principalmente su duración limitada de 100 días debido a su naturaleza orgánica. Esta vida útil es considerablemente menor en comparación con la durabilidad de años o décadas que ofrecen los procesadores tradicionales de silicio.
FinalSpark no solo ha creado un procesador único en su clase, sino que también ha establecido un precedente para futuras investigaciones y aplicaciones tecnológicas donde la sostenibilidad y eficiencia energética son prioritarias. La Neuroplatform (nuero plataforma) de FinalSpark es un testimonio de cómo la tecnología puede avanzar en armonía con principios ecológicos.
¿Cómo define FinalSpark su Neuro Plataforma?
Tal como se describe en el siguiente artículo, esto va más allá que la simple economía del silicio, la firma comuna combinación entre el WetWare Computing (Computación húmeda) y su forma en que trabaja, como organoid intelligence (inteligencia organoide).
El WetWare Computing es el modo como en que se comparan al sistema nervioso central y el cerebro humano, con un mecanismo similar al del hardware y software. Otros la definen como la mezcla entre hardware, software y biología. Inicialmente, el concepto WetWare, hacía referencia hacia el ‘software’ que movía a un organismo vivo, es decir, a las instrucciones contenidas en su ADN, similar a las líneas de código de los software informáticos.
Por su parte, la inteligencia organoide es una ciencia que estudia el modo en como aumentar las capacidades de cómputo de las actuales PCs, pero que todo el proceso se ejecute manera orgánica.
En virtud de lo expuesto, la firma asegura que la idea es usar neuronas vivas para realizar cálculos, emulando los procesos de las redes neuronales con base a en matrices llamadas tensores, que usa la inteligencia artificial generativa. No obstante, el sistema de FinalSpark se diferencia en que sus redes vivas son capaces de actualizar inmediatamente los tensores digitales (pesos de cada LLM). Por lo anterior es que destacan que hay que emplear nuevos métodos para las redes neuronales que usan neuronas biológicas.
Para poder llevar a cabo la idea de FinalSpark, es necesario hacer numerosas simulaciones para descubrir nuevas maneras de cómo se procesa la información dentro de estas redes vivas, para ello es que han creado Nueroplattform, un sistema de software y hardware que realiza experimentos electrofisiológicos en una escala sin precedentes actualmente.
La función de Nueroplattform
Con esta plataforma, los científicos puedes realizar experimentos en organoides neuronales con vida superior a los 100 días, debido a que la compañía ha implementado un proceso que monitoriza todo el día los potenciales de acción. A esto se suma, que han creado un mecanismo que permite el intercambio de data de manera automática usando un microfluido especial que facilita el flujo y un cambio de medios totalmente automatizados.
La compañía destaca que en el tiempo que lleva operando la plataforma, han creado más de 1000 organoides cerebrales, que les ha permitido caputrar más de 18Tb de data. Con base en esta experiencia, esto ha facilitado la creación de APIs que permite a los investigadores operar a distancia, usando la biblioteca de funciones generadas en Python o bien, computación interactiva basada en Jupyter Notebooks.
¿Qué piensas sobre el impacto que el bioprocesador de FinalSpark podría tener en el futuro de la tecnología y la sostenibilidad?
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