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O cérebro humano é incrivelmente complexo e poderoso, processando informações de maneiras que os computadores ainda não conseguem igualar. A chave para essa eficiência é que os neurônios atuam como unidades de processamento e memória, diferentemente dos componentes separados nos computadores.

Anteriormente, ouve muitas tentativas de tornar a computação mais parecida com o cérebro humano, mas um novo esforço leva tudo um passo adiante – integrando tecido cerebral humano real com a eletrônica. Isso graças a um novo dispositivo chamado Brainoware.

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Em um novo estudo publicado na revista Nature Electronics, liderados pelo pesquisador Feng Guo, uma equipe de cientistas utilizou o novo dispositivo em tarefas como reconhecimento de fala e previsão de equações. Ele se mostrou um pouco menos preciso que um computador convencional rodando com uma IA, mas este é um primeiro passo importante.

Um exemplo de um dos organoides e sua atividade neural digitalizada. Imagem: Cai et al., Nat. Electron., 2023

A complexidade do cérebro humano é realmente impressionante. Estimativas indicam que ele contém aproximadamente 86 bilhões de neurônios, com até um quatrilhão de conexões sinápticas entre eles. Cada neurônio se conecta com até 10 mil outros, transmitindo sinais constantemente.

Até agora, as melhores tentativas de simular a atividade cerebral em sistemas artificiais mal arranharam a superfície de sua complexidade. Os computadores mais avançados conseguem simular apenas uma pequena fração do número total de neurônios e conexões no cérebro. Imitar sua estrutura e funcionamento continua sendo um grande desafio.

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Guo e sua equipe seguiram diretrizes éticas ao desenvolver o Brainoware. Porém, pesquisadores da Universidade Johns Hopkins, em um comentário na Nature Electronics, observam a necessidade de manter o foco em considerações éticas à medida que essa tecnologia avança.

Lena Smirnova, Brian Caffo e Erik C. Johnson, que não estiveram envolvidos no estudo, disseram: “À medida que a sofisticação desses sistemas organoides aumenta, é fundamental que a comunidade examine a miríade de questões neuroéticas que cercam os sistemas de biocomputação incorporando tecido neural humano.”

Em um estudo anterior realizado em 2013, pesquisadores usaram um supercomputador para tentar imitar o cérebro humano. O K Computer da Riken levou 40 minutos para simular 1,73 bilhões de neurônios por 1 segundo, ou seja cerca de 1-2% do cérebro.

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Nos últimos anos, muitas bordagens como computação neuromórfica buscaram imitar o cérebro, mas estas tecnologias consomem muita energia e treinamento. O Brainoware usa organoides cerebrais reais conectados a microeletrodos e rede neural artificial.

Guo e sua equipe exploraram uma abordagem diferente dos estudo anteriores, utilizando tecido cerebral humano cultivado em laboratório. Eles induziram células-tronco pluripotentes humanas a se desenvolverem em vários tipos de células cerebrais, que se organizaram em minicérebros tridimensionais chamados organoides, com conexões e estruturas.

Da esquerda para a direita, em cima: organoides do cérebro humano aos 7 dias, 14 dias, 28 dias e vários meses; Em baixo, da esquerda para a direita: 1 mês, 2 meses, 3 meses. Imagem: Cai et al., Nat. Electron., 2023

Esses organoides não são cérebros reais, mas apenas arranjos de tecidos sem pensamento, emoção ou consciência. Eles servem para estudar o desenvolvimento e funcionamento do cérebro, sem experimentos invasivos em seres humanos.

Para testes, deram a ele clipes de áudio de oito falantes do sexo masculino fazendo sons de vogais japonesas e pediram que identificasse a voz de um indivíduo específico. Após 2 dias, ele teve 78% de precisão. O dispositivo também previu um mapa caótico melhor que uma IA sem memória. Foi um pouco menos preciso que IA com memória, mas com menos treinamento.

O Brainoware tem algumas limitações, como por exemplo, manter os organoides vivos. Mas, considerando a ética, a pesquisa tem implicações para computação e compreensão do cérebro humano.