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¿Es el cerebro una computadora cuántica? Nuevos conocimientos dicen que podría serlo
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¿El cerebro como reloj o como computadora?
La conciencia, los niveles más elevados de pensamiento y cómo funciona el cerebro siguen siendo un misterio hoy en día. A lo largo de la historia, el funcionamiento de la mente humana se ha visto a través de diversas analogías, generalmente utilizando la tecnología más avanzada de la época..
Los antiguos griegos lo veían como un reloj de agua. Los pensadores posteriores creyeron que funcionaba con el movimiento de los fluidos corporales, luego con un reloj mecánico y luego con un circuito eléctrico. Hoy lo vemos como una computadora muy poderosa alimentada por señales eléctricas, en la que cada neurona es una especie de transistor biológico.
En la práctica, ninguna de estas explicaciones, incluida la “computadora biológica”, explica completamente cómo funciona el cerebro.
Por ejemplo, la capacidad de cálculo del cerebro funciona con sólo 12 a 25 vatios de energía eléctrica, apenas suficiente para alimentar una luz LED. Por el contrario, un solo chip de IA de Nvidia consume entre 250 y 700 W para una capacidad de “pensamiento” mucho menor.
Tampoco está claro si “más potencia informática” es en realidad la respuesta para generar pensamientos complejos y razonamientos abstractos que vayan más allá de las simples conjeturas, como lo hacen actualmente los LLM (Large Language Models).
Por eso se han propuesto otras teorías, en particular que los efectos cuánticos son responsables del surgimiento de la conciencia.
¿Es el cerebro cuántico?
El apoyo de Penrose
Existe una teoría denominada "conciencia cuántica", que estipula que las funciones cerebrales y la conciencia se derivan de efectos cuánticos como el colapso de la función de onda cuántica.
Esta es una parte extraña de la física cuántica, donde las partículas pasan de un estado de propiedades simultáneas a un estado más "normal" en el que tienen una característica definida. Ha sido popularizado notablemente por El concepto del gato de Schrödinger.
Fuente: Wikipedia
La teoría de la conciencia cuántica ha sido defendida por Sir Roger Penrose, un famoso físico que ganó el Premio Nobel de Física en 2020, por su trabajo en astrofísica y modelado matemático de agujeros negros.
Fuente: Premio Nobel
Si bien puede estar fuera de su campo inmediato de especialización, la reputación de Penrose como un genio de clase mundial le dio cierta atención a esta idea.
Cálculos de microtúbulos
La teoría de Penrose se centra en estructuras de neuronas llamadas microtúbulos, que forman el "esqueleto" de las células. Estas estructuras son esenciales para realizar cálculos que, en última instancia, dan como resultado la conciencia. Esta idea fue publicado por primera vez en 1996.
Esta teoría también explicar cómo funciona la anestesia general, una cuestión aún abierta a pesar de casi un siglo de uso. Funcionaría perjudicando el efecto cuántico en la tubulina., bloqueando la conciencia pero no la actividad cerebral inconsciente.
También puedes ver a Sir Penrose explicar él mismo su teoría en este vídeo de 42 minutos:
Criticas
La idea de que la computación cuántica se produzca en el cerebro ha sido inmediatamente criticada por gran parte de la comunidad científica. El principal problema es que el entrelazamiento cuántico y el colapso de la función de onda cuántica sólo pueden observarse en entornos muy especiales, generalmente con elementos puros, vacío y/o temperatura muy baja, a menudo apenas unos pocos grados por encima del cero absoluto.
Estas son también las condiciones que actualmente requieren las computadoras cuánticas, como describimos en nuestro artículo sobre el tema: “El estado actual de la computación cuántica.
Un cerebro orgánico sería un medio demasiado cálido y demasiado complejo para realizar cualquier cálculo cuántico.
Una serie de descubrimientos cuánticos en el cerebro
La idea de que ningún fenómeno cuántico podría tener lugar en el confuso contexto de la materia orgánica está siendo cada vez más cuestionada.
Ya sospechamos que el sentido magnético de las aves, que les permite localizar el norte y migrar, está relacionado con tal efecto cuántico.
Cuando estos radicales finalmente reaccionen, el resultado dependerá de la fuerza y orientación del campo magnético. La idea es que el pájaro es sensible a esto de una manera que le permite distinguir el norte del sur. El proceso es altamente cuántico ya que los electrones del par radical están entrelazados, lo que significa que actúan como un único objeto cuántico, aunque estén a cierta distancia uno del otro.
Mediciones recientes
En 2022, un experimento parece haber demostrado que las señales cuánticas en el cerebro se correlacionan con los “potenciales evocados de los latidos del corazón” (HEP).. Esto podría demostrar que el entrelazamiento cuántico es posible en un cuerpo humano.
(Entrelazamiento cuántico es cuando 2 partículas están emparejadas y pueden “comunicarse” entre sí, incluso sin señal y más rápido que la velocidad de la luz).
Más recientemente, en abril de 2024, un nuevo conocimiento del cerebro demostró que puede existir al menos algún efecto cuántico en las neuronas, donde antes se pensaba que era imposible.
Más precisamente, es un fenómeno llamado superradiancia. En una publicación titulada “Superrradiancia ultravioleta de megaredes de triptófano en arquitecturas biológicas“Demuestran que las grandes estructuras construidas a partir del aminoácido triptófano, como las neuronas tubulina, pueden mostrar superluminosidad.
Fuente: Publicación de la AEC
Tal exhibición de efectos cuánticos estables a partir de estructuras a escala micrométrica no tiene precedentes, especialmente para materiales tan complejos y "ruidosos" como las moléculas biológicas de las células vivas.
Quizás yendo incluso más lejos, Algunos científicos proponen que los recuerdos en los cerebros orgánicos se crean a través de un sistema holográfico que utiliza superrradiancia..
Entonces, ¿es el cerebro una supercomputadora cuántica?
Es demasiado pronto para afirmarlo con certeza. Sin embargo, con el descubrimiento de la superradiancia en la tubulina, el principal argumento de que los efectos cuánticos no pueden funcionar en las subestructuras neuronales se ve gravemente debilitado.
Todavía hay una gran brecha entre esta observación y la demostración de que la conciencia es el resultado del "colapso de la función de onda cuántica inducido por la gravedad", según la teoría de Penrose. Sin embargo, el último descubrimiento implica que las neuronas podrían transmitir información a través de señales ópticas, como las fibras ópticas.
Esto reemplazaría la idea más comúnmente entendida de que la señalización neuronal implica que iones se mueven a través de membranas de un extremo de la neurona al otro.
La superradiancia es un fenómeno extremadamente rápido que ocurre en el rango de picosegundos (una milmillonésima de milisegundo). Esto haría que cualquier señal transmitida a través de este efecto fuera cientos de millones de veces más rápida de lo que permitirían los procesos químicos por sí solos.
Aplicaciones
Enfermedades neurodegenerativas
Si bien es fascinante, puede que no sea obvio cuál es la aplicación directa de tal descubrimiento.
Se podría ayudar a comprender y prevenir enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer.
El Alzheimer se ha asociado con altos grados de estrés oxidativo, cuando el cuerpo transporta una gran cantidad de radicales libres, que pueden emitir partículas de luz ultravioleta dañinas y de alta energía.
El triptófano puede absorber esta luz ultravioleta y reemitirla con una energía más baja y segura. Y, como encontró este estudio, las redes de triptófano muy grandes pueden hacer esto de manera aún más eficiente y robusta debido a sus poderosos efectos cuánticos.
Fuente: El informante cuántico
Esta no es realmente una teoría nueva, Con microtúbulos que se supone que están involucrados en el Alzheimer desde 1989. Se sabe que la proteína tau se desprende de los microtúbulos y se adhiere a otras moléculas tau en la enfermedad, formando hilos que eventualmente se unen para formar ovillos dentro de las neuronas.
Computación cuántica
La demostración de un efecto cuántico que sobrevive en un entorno desordenado desafía todo lo que creíamos saber sobre estos fenómenos.
Podría ser de gran importancia para el campo emergente de la computación cuántica. El principal obstáculo para el desarrollo de computadoras cuánticas es mantener el efecto cuántico en lugar de colapsar en materia "normal".
Hasta ahora, la única estrategia ha sido crear un entorno especial ultrafrío para almacenar el qubit. Esto es a la vez un desafío técnico y requiere mucha energía, lo que aumenta la complejidad y el precio de este tipo de computación.
"Estos nuevos resultados serán de interés para la gran comunidad de investigadores en sistemas cuánticos abiertos y computación cuántica porque los métodos teóricos utilizados en este estudio se emplean ampliamente en esos campos para comprender redes cuánticas complejas en entornos ruidosos"
Pr. Nicolò Defenu – Instituto Federal de Tecnología (ETH) Zurich en Suiza
Esto abre el camino para procesos más eficientes y quizás más estables y que consuman menos energía para las futuras generaciones de computadoras cuánticas.
Otra opción podría ser aprovechar la superradiancia, que ahora se ha demostrado que es un fenómeno mucho más sólido de lo que se pensaba anteriormente.
“La superradiancia de fotón único promete generar nuevas herramientas para almacenar información cuántica, y este trabajo muestra sus efectos en un contexto totalmente nuevo y diferente.
Sin duda, examinaremos de cerca las implicaciones de los efectos cuánticos en los sistemas vivos en los próximos años”.
Marlan Scully – Pionero del láser y físico teórico de la óptica cuántica
Por lo tanto, algún día la informática en sí misma no solo podría basarse en un efecto cuántico a escala de micras, sino que el almacenamiento de memoria/información también podría utilizar la superradiancia.
Computadoras biológicas
Por último, si las neuronas realmente son capaces de realizar algún tipo de computación cuántica en cualquier forma, esto podría cambiar el potencial de los organoides cerebrales. Se trata de tejidos cerebrales cultivados artificialmente que se utilizan actualmente para la investigación biotecnológica de enfermedades neurodegenerativas y del cerebro en general.
Los organoides podrían usarse para crear procesadores de chips biológicos, que serían mucho más eficientes energéticamente que los chips basados en silicio. Se prevé que la IA consumirá una parte cada vez mayor de nuestro suministro energético mundial, esto podría ser necesario más temprano que tarde.
Exploramos el progreso de la tecnología de organoides cerebrales en nuestro artículo "Se están dando pasos significativos hacia la inteligencia organoide."
Invertir en cerebro cuántico
Como idea que se encuentra en el borde mismo de la ciencia, actualmente no existe una aplicación directa de estos descubrimientos. Sin embargo, los inversores tienen a su disposición empresas relacionadas con la computación cuántica y los organoides cerebrales.
Puede invertir en empresas relacionadas con la cuántica a través de muchos corredores, y puede encontrarlo aquí, en valores.io, nuestras recomendaciones para los mejores brokers en EE.UU, Canada, Australia, el Reino Unido, así como muchos otros países.
Si no está interesado en elegir empresas de computación cuántica específicas, también puede buscar ETF de computación cuántica como ETF de Defiance Quantum (Qtum) lo que proporcionará una exposición más diversificada para capitalizar la industria de la computación cuántica. O puede consultar nuestro artículo sobre “Las 5 mejores empresas de informática cuántica.
Empresas de computación cuántica y neuronal
1. Intel
Principales ETF internacionales (INTL + 0.56%)
Intel es un importante productor de chips y parece apuntar a aprovechar esta fortaleza en el ámbito de la computación cuántica.
Recientemente se lanzó “Tunnel Falls”, el “chip qubit de espín de silicio más avanzado”. Lo destacable es que no se trata de un prototipo sino de un chip construido a escala, con una tasa de rendimiento del 95% en toda la oblea y uniformidad de voltaje. Esto abre el camino a la producción en masa de chips de computación cuántica, algo por ahora difícil de alcanzar en una industria incipiente y que cambia rápidamente.
Fuente: Intel
Fiel a sus raíces, Intel también está desarrollando el software para utilizar sus chips, con el lanzamiento del SDK Intel cuánticoEsto proporciona una guía para que los programadores desarrollen software para computación cuántica compatible con el diseño de chips cuánticos de Intel, que históricamente ha sido una ventaja comercial muy sólida y rentable para el negocio de chips convencionales de Intel.
Fuente: Intel
La llegada de la fabricación de chips cuánticos escalables podría ser tan revolucionaria para la industria como cualquier otro avance científico más técnico, reduciendo costos y estableciendo estándares de programación y arquitecturas de chips comunes.
Intel es una empresa que sabe por experiencia cuán poderosa puede ser esta fuerza en la industria informática. Todavía está a la cola de sus innovaciones y patentes asociadas desde la década de 1960 en adelante.
2. Grupo BICO AB (BICO.ST)
Una forma de estudiar el cerebro y los nervios es utilizar organoides cerebrales. Estos minicerebros creados artificialmente se pueden utilizar para replicar en un laboratorio la reacción de las neuronas a terapias potenciales, ayudando a los investigadores a encontrar un tratamiento para el cerebro real completo.
Discutimos con más detalle cómo funciona y los últimos avances en ese campo en “Se están dando pasos significativos hacia la inteligencia organoide."
Recientemente, Investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison han impreso en 3D organoides cerebrales mucho más complejos. Lo hicieron con un celular bioimpresora, abriendo un nuevo potencial para esta máquina en la investigación en neurociencia.
Fuente: celular
En 2021, Cellink pasó a llamarse Grupo BICO, tras la adquisición de citona en 2019 y ciencia en el 2020.
Cellink sigue siendo la marca de la parte de bioimpresión del negocio. La idea es reutilizar métodos de impresión 3D para crear tejidos u órganos 3D bajo demanda. (Puedes leer una discusión sobre este tema en “Impresión 3D de órganos humanos: ¿qué tan realista es?").
Bioimpresión representa alrededor de 1/5th del negocio, con la segmento de automatización de biociencias haciendo más de 3/5th de ingresos.
Fuente: Grupo BICO AB
Si bien no es el único en este campo, Cellink es claramente un fabricante de equipos de bioimpresión muy avanzado. El logro del profesor Zhang con estas máquinas demuestra su potencial en la investigación neurológica, un campo donde la bioimpresión no se utiliza actualmente.
A largo plazo, es probable que las empresas de bioimpresión evolucionen, pasando de proporcionar herramientas a investigadores a convertirse en proveedores de terapias de bioimpresión para pacientes de compañías farmacéuticas. Esto, a su vez, cambiará por completo el número de bioimpresoras en uso y, aún más importante, el volumen de consumibles vendidos mensualmente.
Este es el mismo proceso que ocurrió con otros fabricantes de equipos de biolaboratorios, incluidas las máquinas de secuenciación del genoma de PacBio (PACB) y Illumina (ILMN), que acaban obteniendo el 80% de sus ingresos de las ventas recurrentes de consumibles.
Si se da un impulso agresivo a la investigación de los organoides cerebrales debido a su potencial en la investigación de la informática y la física cuántica, podría ser muy beneficioso para las empresas involucradas en su producción, como Cellink/BICO.
3. Chispa final
Fundada por Martin Kutter y Fred Jordan en 2014 y con sede en Suiza, Final Spark aboga por procesadores de chips biológicos que consuman mucha menos energía (mil millones de veces más eficientes que los chips de silicio).
As la startup afirma que ya ha probado 10 millones de neuronas en su esfuerzo por construir máquinas pensantes a partir de neuronas humanas vivas derivadas de la piel.
La startup está aprovechando sofisticadas técnicas de cultivo celular para exhibir la capacidad de la informática autosostenida para la creación del futuro. AI .
Final Spark ofrece ahora acceso a su capacidad de biocomputación a través de la nube. Su Neuroplataforma está disponible para instituciones de investigación a una tarifa mensual de 500 dólares por usuario.
