Nanotecnología informática y cerebro humano

El desarrollo en 1981 del microscopio electrónico de efecto túnel por los Investigadores de IBM en Zurich, hizo ganar a sus inventores, Gerd Binnig y Heinrich Rohrer, el Premio Nobel de Física en 1986, pero nunca sospecharon lo que se abriría detrás de su singular invento. Permitidme que os comente algo que me ha hecho cambiar mi percepción de la condición y la esencia humana, desde un punto de vista tan extraño y sorprendente como el de la mecánica cuántica, ya que tras ver un documental dedicado a la nanotecnología en el canal Odisea, llegué a una serie de conclusiones que han cambiado radicalmente mi visión del mundo y sobre todo, del ser humano y que es un buen argumento para un libro de ciencia-ficción, o quizás de ciencia, visto lo visto, y que ya he empezado a esbozar.
 
Comencemos hablando, a modo de introducción, del microscopio electrónico de efecto túnel. Este microscopio se basa en los efectos cuánticos de la materia y usa una punta cuyo extremo solamente tiene un átomo de grosor, para lograr una resolución lateral de 0,1 nanómetros y 0,01 solamente nanómetros en profundidad. Si pensamos que la nube electrónica de un átomo tiene un diámetro entre 0,5 angstrom a 5 angstrom, estamos hablando de diámetros de entre 0,05 y 0,5 nanómetros, es decir, que los átomos que forman la materia están dentro de capacidad de visión del microscopio de efecto túnel.

Cuando esa punta conductora, de solamente un átomo de espesor, es colocada a una distancia del orden de 0,4 y 0,7 nanómetros de la superficie a examinar y se aplica una pequeña corriente de polarización entre la punta y la superficie, los electrones del material a examinar pueden saltar a la punta mediante el efecto túnel. En mecánica cuántica, el efecto túnel es un fenómeno nanoscópico por el que una partícula "viola" los principios de la mecánica clásica, penetrando en una barrera de potencial o de impedancia mayor que el que permite la energía cinética de la propia partícula…
 
La monitorización de esa corriente, más bien de la densidad local de estados (LDOS, por sus siglas en inglés) y su conversión a imágenes de forma sintética, nos permite visualizar la forma y la distribución de los átomos del material. Como se puede ver, el principio de funcionamiento del microscopio de efecto túnel es muy simple, la corriente de tunelización en la punta de prueba es función de la posición en los tres ejes de la punta sobre el material, del voltaje aplicado y de la densidad local de estados (LDOS), del material en esa posición de la punta. Como se puede pensar, al existir dos variables controlables, la de la posición de la punta y la de la intensidad de la corriente, el microscopio de efecto túnel, puede operar en dos modos, uno de altura constante y otro de corriente constante. En el primero es la corriente lo que se convierte a imágenes y en segundo, la posición de la aguja en relación con al material a explorar.

Sin embargo, el microscopio de efecto túnel, además de permitir ver los átomos, abrió otro campo muy interesante, el de la manipulación átomo a átomo de la materia para crear estructuras nanométricas. Acercando una determinada corriente y acercando la punta a una determinada distancia, es posible unir un único átomo del material a la punta y colocarlo en otra posición, tras moverlo y eliminar la corriente de polarización en la posición deseada. Era la primera vez que el ser humano era capaz de manipular la materia a esa escala sub-nanométrica y de una forma relativamente sencilla.
 
En este punto comenzaba la parte del documental dedicado a la aplicación de la nanotecnología a la computación. Con esta fantástica herramienta que era el microscopio de efecto túnel, IBM se puso a trabajar en el diseño de los interruptores más pequeños del mundo en su centro T.J. Watson de Nueva York. Desde el año 1971, cada dos años, se ha duplicado, mediante la miniaturización de los interruptores, la densidad de los mismos sobre los sustratos de silicio de los microprocesadores, es lo que se denominó la ley de Moore. En la actualidad, estamos en el orden de 30 nanómetros por interruptor, pero los efectos cuánticos que aparecerían al bajar de los 20 nanómetros, hacen que ese sea el límite teórico para la miniaturización de los interruptores de la tecnología actual.

Para evitar este problema, investigadores como el profesor Chang Yung-Sung, de IBM, comenzaron a trabajar con otros materiales, como el grafeno, con lo que ha logrado conmutadores muy rápidos y de muy bajo consumo, pero de la mano de la nanotecnología se están logrando otras cosas mucho más interesantes en este momento y desde mi punto de vista, con unas grandes implicaciones para el ser humano como individuo.

Con este mismo objetivo de solucionar el problema del límite de los 20 manómetros, el Profesor Masakazu Aono de la Universidad de Tokio, comenzó a usar el microscopio de efecto túnel para crear micro-interruptores más rápidos, de menor consumo y más pequeños, mediante esa incipiente e interesante ciencia que es la nanotecnología.

Para ello, el Profesor Aono creó un micro-interruptor cruzando a 90º y a una distancia nanométrica, un conductor de plata y otro de platino. Cuando lo hizo, descubrió que cuando atravesaba una corriente eléctrica esos conductores de plata y platino tan próximos, se producía un efecto fascinante. Los átomos de plata se movían literalmente para crear una especie de montículo que tocaba el conductor de platino cerrando el circuito. Asimismo, Aono descubrió que dicho circuito se abría, mediante la retracción de los átomos de plata, cuando cesaba la corriente de polarización.

Es decir, se producía la conmutación por el movimiento de unos pocos átomos de plata cuando se polarizaban los conductores, algo increíble a escala macrométrica, pero que se producía de forma natural a escala nanométrica, en ese extraño mundo regido por las leyes de la mecánica cuántica. De esta forma, Aono logró unos conmutadores que podían funcionar a temperatura ambiente, con un tamaño 1.000 veces menor al de los actuales y que eran mucho más rápidos y eficientes que los que conocemos en la actualidad. Impresionante ¿verdad?, pues bien, esto no es nada.

Lo dicho anteriormente ya era un logro importante, pero tras usar estos conmutadores varias veces, Aono descubrió otro efecto mucho mas sorprendente que el anterior, y que desde mi punto de vista, es una revelación increíble por las implicaciones que tiene para el ser humano, puesto que su descubrimiento podría explicar muchas cosas de la existencia humana, de su condición y su comportamiento y al mismo tiempo, podría abrir muchas puertas a la investigación, hasta de lo oculto, como veremos más adelante.

El Profesor Aono descubrió que cuando se usaban estos conmutadores un determinado número de veces, la conexión entre el conductor de plata y el de platino se cortaba al desaparecer la corriente de polarización, pero los átomos de plata no se retraían por completo hasta la posición inicial, se mantenían a media distancia, haciendo que la siguiente conmutación fuera más rápida y que necesitase una menor corriente de polarización. Es decir, que los interruptores mostraban una especie de memoria, lo que abría otras vías de investigación muy interesantes y con grandes implicaciones para la humanidad.

En consonancia con lo que acabo de decir, lo anterior no pasó desapercibido para otro investigador, el Dr. James K. Gimzewski, de la Universidad de California en Los Ángeles y experto en nanotecnología, que viajó a Japón para trabajar en otra investigación junto con el Dr. Aono. Su intuición era que ese funcionamiento de las nano-estructuras de plata-platino era similar al que se producía en las sinapsis del cerebro humano, en las uniones axón-dendrita. Evidentemente, nuestras neuronas se hacen más reactivas y más sensibles a determinados estímulos, cuando se usan con más frecuencia, lo que se manifiesta como nuestra memoria y en los procesos de aprendizaje. Interesante ¿verdad?
 
Así que los Profesores Aono y Gimzewski comenzaron a trabajar en un sistema neuronal artificial basado en los conmutadores de plata-platino de Aono. Para ello, crearon una estructura artificial similar a nuestro cerebro, que es muy compacto y altamente conexionado, usando un sistema fractal de conexiones, creado mediante un procedimiento de auto-ensamblado obre una retícula de soporte, con la intención de facilitar el proceso de creación de conexiones, que por otra parte, eran aleatorias, como la configuración de las sinapsis del cerebro.

Evidentemente, es casi imposible lograr en la actualidad la complejidad del cerebro humano, con sus más de 100.000 millones de sinapsis activas, pero con su investigación Aono y Gimzewski descubrieron otras cosas más interesantes todavía y que en su momento me provocaron escalofríos. Como esperaban, la estructura fractal que acababan de crear era capaz de aprender, es decir, que determinadas líneas de conmutadores se convertían en privilegiadas, o dicho de otro modo, se hacían más reactivas cuando se les aplicaba un estímulo similar a otro aplicado anteriormente.

Es decir, lo que acaban de crear tenía la capacidad de aprender de sus experiencias y de recordar determinados estímulos aplicados en el pasado, pero durante una de las experiencias les pasó algo todavía más interesante y escalofriante. Cuando aplicaban una corriente constante a su matriz fractal de conmutadores cuánticos, de repente se producía un aumento brusco de la misma, algo que no tenía una explicación aparente. ¿Pero realmente no tenía explicación lógica este comportamiento si lo comparamos con el cerebro humano?.
 
En su afán de lograr una respuesta a este sorprendente comportamiento de su matriz, Gimzewski se puso en contacto con un experto en corrientes cerebrales de la Universidad de Mallorca, el Dr. Dante Chialvo. Chialvo es un profesor de origen argentino, que junto con Per Bak conjeturó que el cerebro podía ser estudiado como un sistema en criticalidad autorganizada. Sus primeros trabajos en la década de 1990 proponían que el aprendizaje y la memoria en el cerebro operan en un régimen crítico. La posible explicación a la que llegaron Gimzewski y Chialvo fue la siguiente: al igual que pasa con el cerebro humano, en el que las corrientes que recorren sus sinapsis aumentan cuando se produce una emoción, o una evocación intensa, el cerebro de plata-platino de Aono y Gimzewski estaba teniendo un comportamiento similar, estaba evocando, o sufriendo algo parecido a una emoción, tras recibir un determinado estímulo eléctrico. Sin duda, cuando tomé conciencia de lo que acababa de oír, se me pusieron los pelos como escarpias.

Aunque esto no lo podemos llamar conciencia, sin duda es un paso más para lograr una conciencia artificial similar a la de nuestro cerebro en un futuro. Pero analizando el resultado de todo lo que acabo de contar, considero que volvemos ver unas aparentemente inexplicables manifestaciones macroscópicas, de procesos cuánticos producidos en el mundo nanoscópico tanto en nuestro cerebro, como en la esponja fractal de conmutadores cuánticos de Aono y Gimzewski, que visto lo visto, parece que se comporta exactamente igual que nuestro cerebro, tanto a nivel de conmutadores, como si consideramos la agregación aleatoria de los mismos.

Pero cuáles son las implicaciones reales para la humanidad de todo lo anterior. Bueno, desde mi punto de vista, todo lo que acabo de decir se me ha mostrado como una revelación increíble, que me ha permitido fantasear y buscar una explicación plausible a muchas cosas del comportamiento humano o del cerebro que lo rige, al tiempo que me abría posibles explicaciones a temas polémicos, como ciertas capacidades del cerebro humano, que son cuestionadas, o desconocidas, o que solamente las tienen un reducido número de seres humanos.

En algunas de mis conferencias he dicho que si hay una manifestación de Dios en el mundo, ésta debería ser la mecánica cuántica y visto lo visto, puede que no estuviera muy equivocado al hacer esta afirmación, que en esos momentos partía más de una intuición, que de una posible realidad revelada hace unos días. Muchos efectos de nuestro macro-mundo no son más que el resultado agregado o individual de lo que pasa en el nano-mundo. Un ejemplo claro lo tenemos en nuestra percepción macroscópica de la temperatura, de la presión o de la luz que incide en nuestros ojos y se transforma en una visión de algo. Sin embargo, esa realidad nanoscópica se intenta escapar de nuestro entendimiento e intuición, ya que nuestra racionalidad tiene una clara orientación al macro-mundo, que es lo que el ser humano percibe por los sentidos y conoce directamente.
 
¿Estoy desbarrando en este punto?, creo que no. Si nos fijamos, nuestras dendritas funcionan a nivel nanométrico y cuántico, exactamente igual que los interruptores de plata-platino del Dr. Aono y la agregación fractal aleatoria de conmutadores cuánticos de Aono y Gimzewski, se comporta exactamente igual que nuestro cerebro, aunque tiene un número muy inferior de conexiones.

Dicho de otro modo, ha quedado demostrado con lo que acabo de exponer algo que desde mi punto de vista es muy trascendente, que las leyes físicas que rigen las dendritas son exactamente iguales a las que rigen los conmutadores del Dr. Aono y que la agregación fractal de conmutadores cuánticos de Aono y Gimzewski, se rige, como algo similar a un conjunto de sinapsis, igual que nuestro cerebro.

Es más, creo que la consecuencia más destacada de esta nanotecnología, es que a nivel atómico desaparece por completo la diferencia entre ser vivo y lo que no lo es. Un átomo es exactamente igual y se rige por las mismas leyes físicas en nuestro cerebro, que cuando se encuentra en un microprocesador y este es un pensamiento radical que se puede aplicar a todos los aspectos de la nanotecnología. Creo que es muy importante que consideremos detenidamente esto que acabo de decir, más que nada, por las grandes implicaciones que tendrá para el ser humano como individuo en el futuro.

Pongamos un ejemplo de lo que he dicho anteriormente, todos sabemos que necesitamos el sueño para fijar los recuerdos y el aprendizaje y que sin dormir adecuadamente, ciertos procesos cerebrales funcionan mal. Pues bien, con el modelo anterior basado en los efectos cuánticos en las sinapsis cerebrales, podemos pensar que el sueño sirve para "resetear" el cerebro para que queden activadas solamente las dendritas que son necesarias para fijar de forma permanente la información, o el aprendizaje. Es como volver a cero las sinapsis que no tienen suficiente estímulo y mantener a media distancia las sinapsis que sí han sido estimuladas lo suficiente. Visto así, parece lo más normal de mundo, e incluso explicaría el origen de los sueños, por las conexiones anómalas que se producen durante ese reset nocturno del cerebro.
 
Pero como he dicho anteriormente, como efecto en el macro-mundo de lo que ocurre en el extraño mundo de la mecánica cuántica, este modelo también podría explicar de forma plausible otros sucesos mucho más polémicos y extraños. Pensemos en el posible efecto en nuestro cerebro del enlazamiento cuántico, o de la posible existencia de las otras dimensiones que predicen la teoría de cuerdas. ¿Explicarían estas conexiones cuánticas de nuestro cerebro la premonición, la visión remota, la telepatía, la intuición, el misticismo, o la fe?. Siempre se ha dicho que personas que duermen en el mismo colchón se vuelven de la misma condición, pero ¿no es ese el efecto de estímulos similares percibidos al mismo tiempo, o de cierto enlazamiento cuántico entre cerebros afines?. También se ha hablado en muchas ocasiones de la química del cerebro, pero ¿no estaremos ante un efecto macroscópico, es decir, químico, de un proceso que se produce a nivel atómico, es decir, cuántico?.

Desde luego, creo que este mundo que se abre con estas investigaciones es fascinante, no solamente por los posibles logros en la computación, que incluso nos podrían llevar a la creación de una conciencia artificial, o incluso a un backup de nuestro cerebro en un futuro más o menos próximo, sino por lo que nos permite fantasear sobre nuestra propia esencia y existencia como seres humanos y sobre las capacidades y características que todavía desconocemos de nuestro cerebro. Os animo a pensar detenidamente sobre ello.

 "Copyleft 2013 Fernando Acero Martín. Verbatim copying, translation and distribution of this entire article is permitted in any digital medium, provided this notice is preserved."

Fuente: Fernando Acero – kriptopolis.com