Tendencias21
El cerebro piensa en paralelo, como los superordenadores

El cerebro piensa en paralelo, como los superordenadores

El cerebro piensa en paralelo, como los superordenadores, y dispone de una infraestructura en la nube para procesar la información. Cada neurona actúa como los nodos de las redes de aprendizaje profundo de la IA.

El cerebro piensa en paralelo, como los superordenadores

La computación paralela es una técnica de programación que permite ejecutar simultáneamente muchas instrucciones. Parte de la base de que los problemas grandes hay que dividirlos primero en problemas pequeños para luego resolverlos a la vez (en paralelo).

Esta técnica de programación utiliza múltiples recursos computacionales y se usa particularmente en los superordenadores, conjuntos de poderosos procesadores unidos entre sí para aumentar su potencia de trabajo y rendimiento.

Investigadores del Blue Brain Project han descubierto ahora que el cerebro actúa como una unidad de computación paralela cuando pensamos. Han comprobado que las terminales de las neuronas llamadas dendritas trabajan juntas de forma dinámica según la carga de trabajo a realizar.

Las dendritas son prolongaciones de las neuronas, en forma de filamentos, que reciben los impulsos de otras neuronas y los reenvían a otras neuronas para posibilitar el procesamiento de la información.

Igual que un superordenador

Los investigadores han podido observar que una neurona puede gestionar diferentes aspectos de una señal entrante múltiple (paralela), de la misma forma que lo hace un superordenador.

También que cada unidad de computación paralela del cerebro (neurona) puede aprender por sí misma a ajustar la señal que debe replicar a otra neurona, en función de la naturaleza de la señal entrante.

Además, cada neurona actúa de la misma forma que lo hacen los nodos de las redes de aprendizaje profundo explotadas en los modelos actuales de inteligencia artificial, señalan los investigadores.

El sistema de pensamiento dispone también de una especie de infraestructura de computación en la nube, que permite a una neurona compartir dinámicamente con otras neuronas (otras unidades de cómputo independientes) tanta actividad como la que demanda la carga de trabajo de la señal entrante.

Por último, esta investigación muestra cómo estas unidades de procesamiento paralelo influyen en el aprendizaje: la forma en que una neurona aprende, depende de la cantidad y la ubicación de los procesadores paralelos, que a su vez dependen de las señales enviadas por otras neuronas.

Por ejemplo, algunas sinapsis no aprenden independientemente cuando el nivel de la señal de entrada es bajo, pero comienzan a hacerlo cuando la señal es más alta, han podido determinar los investigadores.

La fuerza de una sinapsis determina así la intensidad con la que una neurona percibe la señal eléctrica de un vecino. Esta fuerza es modificada por el proceso de aprendizaje. Una «matriz de conectividad» determina cómo estas sinapsis se comunican entre sí.

El cerebro piensa en paralelo, como los superordenadores

Modelo virtual

En un artículo publicado en Cell Reports, los investigadores explican que realizaron su análisis en las células de la corteza cerebral de un roedor virtual, diseñado por el equipo del Blue Brain Project.

Los investigadores explican que otros tipos de neuronas reales, no corticales o humanas, deberían funcionar de la misma manera que las neuronas del modelo virtual.

Los investigadores comparan sus resultados con el funcionamiento de algunas tecnologías informáticas actuales y concluyen que  las dendritas actúan como unidades de computación paralelas.

«En el Proyecto Blue Brain, este enfoque matemático nos permite determinar a qué nivel de complejidad necesitamos modelar las redes corticales en nuestra reconstrucción digital y simulación cerebral «, dice Marc-Oliver Gewaltig, jefe de la división de neurociencia de la simulación del pryecto Blue Brain, en un comunicado.

Potencial postsináptico

Hasta ahora, los algoritmos de aprendizaje convencionales (como los utilizados en aplicaciones de inteligencia artificial) presuponen que las neuronas son unidades estáticas que simplemente integran y escalan las señales entrantes.

Sin embargo, esta investigación demuestra que los procesos de pensamiento son más complejos: el número y el tamaño de las subunidades independientes pueden ser controlados por una señal entrante de intensidad variable o por una forma particular de potencial postsináptico inhibidor llamado «inhibición de derivación» (sinapsis que actúa como una derivación eléctrica).

Los investigadores creen que este control temporal de la compartimentación es un potente mecanismo cerebral para aprender las características de una señal entrante a través de la agrupación de dendritas.

“Nuestros resultados muestran que el número de procesadores paralelos varía con el nivel de estas señales de fondo, lo que sugiere que la misma neurona podría tener varias funciones computacionales en diferentes estados cerebrales», señala el autor principal, Willem Wybo.

¿Invento humano?

«Esta observación es emocionante. Con estos nuevos conceptos, podemos comenzar a buscar algoritmos que exploten los rápidos cambios en el emparejamiento de unidades de procesamiento. Esto abrirá nuevas perspectivas sobre esta pregunta fundamental: cómo el cerebro realiza los cálculos», concluye Marc-Oliver Gewaltig.

Hasta ahora se ha creído que el único denominador común entre un cerebro y un ordenador consiste en el almacenamiento y procesamiento de la información para ejecutar tareas cognitivas.

Esta investigación revela un paralelismo adicional que tiene que ver con la manera de procesar la información, un resultado que ayudará a comprender mejor cómo piensa el cerebro.

También pone de manifiesto que el invento humano de la computación paralela ya existía en el cerebro antes de que lo replicáramos en una máquina en los años 50 del siglo pasado.

Referencia

Electrical Compartmentalization in Neurons. Willem A.M. Wybo et al. Cell Reports, volume 26, issue 7, p1759-1773.e7, February 12, 2019. DOI:https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.01.074

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • La NASA está observando una enorme y creciente anomalía en el campo magnético de la Tierra 31 mayo, 2025
    La NASA está haciendo un seguimiento detallado de la "abolladura" o "bache" en el campo magnético terrestre descubierta en 1961, que crece rápidamente y podría ser el preludio de una inversión geomagnética: ocurre cuando los polos magnéticos norte y sur intercambian posiciones.
    EDUARDO MARTÍNEZ DE LA FE/T21
  • Los árboles pueden predecir las erupciones volcánicas 30 mayo, 2025
    La NASA, en colaboración con el Instituto Smithsonian, en Estados Unidos, está desarrollando nuevos métodos para anticipar erupciones volcánicas. Cuando el magma asciende a la superficie libera dióxido de carbono, y los árboles cercanos que absorben ese gas se vuelven más verdes y frondosos. Satélites como Landsat 8 vigilan la vegetación en zonas volcánicas, captando […]
    Pablo Javier Piacente / T21
  • Los delfines se ponen nombres "en clave" 30 mayo, 2025
    Un nuevo estudio ha identificado que los delfines no solo se dan nombres para reconocerse, sino que además estas denominaciones podrían esconder información secreta o "en clave", que estaría ligada a los sistemas sociales que sustentan el equilibrio de sus comunidades.
    Pablo Javier Piacente / T21
  • Sorprenden a una “estrella araña” devorando a su compañera 30 mayo, 2025
    Una colaboración internacional de astrónomos ha identificado un extraño sistema estelar en el que un púlsar conocido como “estrella araña” devora material de su estrella compañera, en un hallazgo que representa un eslabón perdido en la evolución de sistemas binarios compactos. 
    Redacción T21
  • Planetas a la deriva: el origen caótico de los mundos lejanos respalda la existencia del Planeta Nueve 30 mayo, 2025
    En los márgenes más remotos de los sistemas planetarios, gigantes invisibles orbitan en silencio. Un nuevo modelo sugiere que estos mundos distantes son productos inevitables del caos primordial que reina cuando las estrellas y sus planetas compiten por sobrevivir en los abarrotados viveros estelares. ¿Podría nuestro propio Sistema Solar albergar uno de estos esquivos colosos?
    EDUARDO MARTÍNEZ DE LA FE/T21
  • Unas gafas de realidad mixta devuelven "el mundo entero" a las personas con pérdida parcial de la visión 29 mayo, 2025
    Una técnica desarrollada por oftalmólogos e informáticos canadienses devuelve la visión perdida a personas afectadas por una lesión cerebral, que han sufrido la reducción de gran parte de su campo visual. Las gafas de realidad mixta registran y "proyectan" ese sector que las personas no pueden ver con sus ojos.
    Pablo Javier Piacente / T21
  • Primer combate de kickboxing con robots humanoides 29 mayo, 2025
    En Hangzhou, China, se celebró el 25 de mayo de 2025 el primer torneo mundial de kickboxing entre robots humanoides, un espectáculo que, según los organizadores, marcó “un momento histórico en la integración de la Inteligencia Artificial (IA) en los deportes de combate”. 
    Pablo Javier Piacente / T21
  • Primera evidencia directa del pensamiento simbólico neandertal 29 mayo, 2025
    El meticuloso análisis de un canto rodado del Paleolítico Medio aporta una prueba tangible del comportamiento simbólico y la capacidad de abstracción de los últimos neandertales que habitaron la Península Ibérica, pudiendo representar una de las primeras simbolizaciones faciales conocidas.
    EDUARDO MARTÍNEZ DE LA FE/T21
  • Un "cóctel antienvejecimiento" alarga un 30% la vida en roedores 29 mayo, 2025
    Los científicos han probado un cóctel de medicamentos antienvejecimiento en ratones y descubrieron que extendía la vida útil de los animales en alrededor del 30 %. Los roedores también se mantuvieron más saludables por más tiempo, con menos inflamación crónica y retraso en el inicio de enfermedades como cáncer.
    Redacción T21
  • La IA convierte al libro sagrado del taoísmo en una experiencia interactiva que revive la filosofía de Laozi 29 mayo, 2025
    "The Way of Code" es una audaz reinterpretación del milenario Tao Te Ching para la era digital, un libro viviente que no solo traduce la sabiduría de Laozi al lenguaje de los programadores modernos, sino que la convierte en una experiencia interactiva y transformadora donde el arte generado por IA responde al "alma" del usuario. […]
    EDUARDO MARTÍNEZ DE LA FE/T21