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Supercervelli

Supercervelli – Tra le nuove specializzazioni che sono e saranno sempre più importanti per tracciare il nostro futuro, c’è quella dell’ingegnere neuromorfo, ovvero colui che costruisce cervelli artificiali per capire come funziona il cervello biologico.

La frase ispiratrice di questa nuova figura professionale è sicuramente quella pronunciata da Richard Feynman, premio Nobel per la fisica nel 1965, che scrisse: ” Ciò che non posso creare, non lo posso comprendere.”

Forse non tutti sanno che esiste un progetto europeo per lo sviluppo di questo tipo di ricerca: The Human Brain Project, che ha lo scopo di mettere insieme le menti più brillanti e gli avanzamenti delle scienze informatiche e della medicina nel settore della neuroscienza.

Il progetto HBP ha istituito una Brain Simulation Platform (piattaforma di simulazione delle attività cerebrali) che replica su computer il funzionamento del cervello e lo mette a disposizione di tutti i ricercatori, in modo che siano in grado di paragonare i loro risultati sperimentali con i modelli di predizione.

La piattaforma inoltre replica gli esperimenti eseguiti su cavie di laboratorio e dà la possibilità di studiare processi degenerativi elettronicamente.

La sfida è notevole, considerato che il cervello umano contiene 86 miliardi di neuroni, ognuno dei quali ha una media di 7000 connessioni con gli altri neuroni (sinapsi).

Si pensi che neppure i computer di oggi, seppur avanzatissimi, sono in grado di replicare il livello di interconnessioni tra i neuroni.

Per questo motivo, è stato adottato un protocollo di simulazione che prende in esame il cervello a livelli organizzativi diversi, dal molecolare al subcellulare al cellulare.

Il focus sono i segnali tra neuroni: i neuroni sono cellule il cui potenziale d’azione è un impulso elettrico che dura un millisecondo e che trasmette messaggi attraverso le sinapsi. Questi messaggi sono fondamentali per il corretto funzionamento del sistema nervoso centrale.

L’ingegneria neuromorfica ha due scopi principali: offrire alle neuroscienze uno strumento di comprensione dei processi dinamici di apprendimento e sviluppo del cervello, e applicare i modelli di attività cerebrale al cognitive computing, ovvero alla tecnologia che ci consente di interagire con i computer in modo sempre più immediato, sfruttando la loro capacità di apprendimento.

I computer cognitivi (per ora in fase di sviluppo) troveranno applicazione nel campo della diagnostica medica, in campi commerciali (si pensa a personal shopper virtuali), nel settore energetico e in tutti quei settori che hanno a che fare con una grande mole di dati.

Il progetto HBP si avvale dell’ausilio di un supercomputer neuromorfico situato ad Heidelberg (Germania), il BrainScaleS, e del maincore SpiNNaker situato a Manchester (UK).

La loro velocità di esecuzione supera di 1000 volte quella di supercomputer convenzionali.

Gli scienziati che partecipano al progetto HBP vogliono rispondere a domande cruciali per la comprensione dei nostri processi cognitivi: come fa il cervello a creare la rappresentazione di un’immagine?; come viene generato lo stato di coscienza?; come possono sonno e veglia essere generati dagli stessi sistemi cortico-talamici?; come si forma la memoria umana?

Le risposte possono essere fornite dalla costruzione di cervelli artificiali, costituiti da neuroni in silicio che imitano il comportamento elettrofisiologico dei neuroni umani. Sono copie fisiche, quindi si distinguono dai neuroni artificiali che sono modelli digitali alla base delle reti neuronali artificiali.

Con i neuroni in silicio si prevede di poter creare neuroprotesi (che possono interfacciarsi con il tessuto biologico), tecnologie a bassissimo consumo energetico e modelli per la comprensione del cervello umano.

Il traguardo finale è l’impianto di neuroprotesi, in grado di affiancare una rete neurale in silicio ai tessuti cerebrali lesionati, in particolare per eventi come l’ictus o degenerazioni come quelle del Parkinson.

Quest’obiettivo è alla base del progetto europeo Synch, coordinato dall’Università di Padova e guidato da Stefano Vassanelli, e ha già fatto passi avanti nella creazione di un cervello ibrido, con la creazione in vitro di una rete ibrida elementare di tre neuroni, uno biologico e due artificiali, collegati in rete tramite connessioni memristive (il memristore rende possibile creare dispositivi molto simili alle sinapsi e la distribuzione diretta all’interno dei chip, ovvero il memory computing).

Recentemente, Vassanelli ha comunicato che a breve verrà impiantata la prima neuroprotesi in un animale vivo; la speranza che presto anche le peggiori malattie degenerative possano essere combattute sta diventando realtà.