Saturday, June 29, 2013

LIVING NEURAL NETWORKS




Certain low budget technological line -threat unwillingly- get equal achievements than the european Human Brain Project (HBP) or the american Brain Activity Map (BAM), both with billionaires budgets. An important branch of neuroengineering is the construction of: a) single layer networks of cultured neuronal cells, without connection to organic bodies (disembodied cultures of neurons). Although bodies disconnection is a serious disadvantage because it deprives neural networks of powerful sensory stimuli, these maintain their ability to learn and memorize. If the prior interest of these networks was to keep alive a body -isolated- such interests disappear. However, they can be reconnected to computers, real or simulated robots: hybrots or animats, to study early learning, memory, plasticity, connectivity or information process. b) Neurons of these networks, included in cultures produce superfast interconnections among them (million of synapses), with axons contacting other neurons, blindly opening new avenues, releasing chemical signals that guide extensions establishing interconnectivity large meshes.

c) A multi-electrode array (MEA) with input and output devices, allows bidirectional communication between the researcher and the network. MEA can listen neuronal electrical activity and monitor brain activity. 10 000 to 25 000 neurons grown easily reconfiguring the pattern of synapses, basis of learning and memory. Electrical stimulation is vital to maintain healthy neural cultures. d) Robots connected to neuronal cultures learn in a few days to avoid walls. Robots connected to neural networks can grasp, rotate and zoom several things with help of rudimentary visual systems. e) A neuronal culture that directly controls a distribution system can mimic dopamine addiction, self-administering the neurotransmitter, at will.

f) According to the neuroengineer Steven Potter (Georgia Tech/USA) thought, is nothing more than the sum of electrical and chemical signals, making possible to generate even in these networks rudimentary self-consciousness. Noting Potter, that his mission is to build brains, he says that there is a spectrum of minds in different animals, even in oneself: if you drink coffee or not, if you are asleep or awake. Another referent of this branch is the prominent Brazilian scientist: Miguel Nicolelis (Duke University), dedicated to create human brain-machine connections and neural prostheses to rehabilitate patients with body paralysis. Also, Thomas DeMarse (University of Florida), known for designing a live computer system composed of 25,000 neurons extracted from the brain cortex of a rat, capable of controlling the flight of a jet fighter and unmanned aircraft for dangerous missions.

REDES  NEURALES   VIVAS

Cierta línea tecnológica, de escaso presupuesto, amenaza conseguir -sin desearlo- iguales logros que el Human Brain Project (HBP) europeo o, el Brain Activity Map (BAM) americano, ambos con presupuestos billonarios. Rama importante del neuroengineering es la construcción de : a) Redes aisladas de células neuronales cultivadas en una sola capa, sin conexión a cuerpos orgánicos (disembodied cultures of neurons). Aunque la desconexión a cuerpos, es una seria desventaja porque las priva de poderosos estímulos sensoriales, las redes mantienen su capacidad para aprender y memorizar. Si el interés previo de estas redes era mantener vivo a un cuerpo -aisladas- tales intereses desaparecen. No obstante, pueden ser reconectadas a ordenadores, robots reales o simulados : hybrots o animats, para estudiar principios de aprendizaje, memoria, plasticidad, conectividad o, procesos de información. b) Las neuronas de estas redes neuronales, incluidas en cultivos generan veloces interconexiones entre sí (millones de sinapsis), axones que contactando neuronas entre ellas, se abren paso a ciegas, emitiendo señales químicas que guían las extensiones, estableciendo grandes mallas de interconectividad.

c) Un multi-electrode array (MEA), con dispositivos de entrada y salida, permite comunicaciones bidireccionales entre el investigador y la red. El MEA permite escuchar la actividad eléctrica neuronal y monitorear la actividad cerebral. 10 000 a 25 000 neuronas cultivadas permiten reconfigurar el patrón de las sinapsis, fundamento del aprendizaje y la memoria. La estimulación eléctrica es vital para mantener los cultivos sanos. d) Es posible mantener los cultivos neuronales conectados a robots que en pocos días, aprenden a evitar paredes. Robots conectados a redes neuronales pueden asir, girar y acercar cosas mediante sistemas visuales rudimentarios. e) Un cultivo neuronal que controla directamente un sistema de reparto de dopamina puede imitar una adicción, autoadministrándose el neurotrasmisor, a voluntad.

f) Según Steven Potter (Georgia Tech/USA), el pensamiento, no es mas que la suma de señales eléctricas y químicas, siendo posible gestar en estas redes autoconciencias rudimentarias. Al asegurar este investigador que su misión es construir cerebros, añade que hay un espectro de mentes diferentes en distintos animales, incluso en uno mismo : si ha bebido o no su café, si está dormido o despierto. Otro referente de esta rama tecnológica es el destacado científico brasileño: Miguel Nicolelis (Universidad de Duke), dedicado a crear conexiones cerebro humano-máquinas y prótesis neurales para rehabilitar pacientes con parálisis corporal. También, Thomas DeMarse (Universidad de Florida), conocido por diseñar un sistema computacional vivo compuesto por 25,000 neuronas extraidas del cortex cerebral de una rata, capaz de controlar el vuelo de un jet fighter y de aeroplanos no tripùlados, para misiones peligrosas.

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