Simulazione del cervello umano: il traguardo è sempre più vicino!

brainsimHenry Markram, è un neuroscienziato israeliano che dal 2005 sta collaborando alla realizzazione del progetto Blue Brain; un progetto molto ambizioso volto a simulare, entro una decina d’anni (2015 – 2023/25), l’intero cervello umano. Su Wikipedia si legge che: “L’obiettivo del progetto non è realizzare un’intelligenza artificiale, ma studiare la struttura del cervello e le sue connessioni. (…) Markram è direttore dello Human Brain Project, un progetto scientifico nel campo dell’informatica e delle neuroscienze che mira a realizzare, entro il 2023, attraverso un supercomputer, una simulazione del funzionamento completo del cervello umano. Il programma scientifico è diretto da un’equipe svizzera dell’École polytechnique fédérale de Lausanne (ÉPFL), in collaborazione con più di 90 università e scuole di alta formazione di 22 differenti paesi”. Il Blue Brain Project di Henry Markram si propone di simulare il cervello umano, con tutta la neocorteccia nonché le regioni più antiche come ippocampo, amigdala e cervelletto. Le simulazioni che ha pianificato saranno a gradi di dettaglio diversi, per culminare in una simulazione piena a livello molecolare. Markram ha scoperto un modulo chiave, costituito da alcune decine di neuroni, che si ripete continuamente nella neocorteccia, e ha dimostrato che l’apprendimento è opera di questi moduli e non dei singoli neuroni.

Il lavoro di Markram procede ad un ritmo esponenziale. Nel 2005, anno di inizio del progetto, ha simulato un neurone. Nel 2008 il suo gruppo ha simulato un’intera colonna neocorticale del cervello di un topo, costituita da 10’000 neuroni. Nel 2011 è arrivato a simulare 100 colonne, per un totale di un milione di cellule: è quello che egli definisce un “mesocircuito”. Solo tre anni fa (2012), Markram prevedeva di simulare un intero cervello di topo, costituito da 100 mesocircuiti, per un totale di 100 milioni di neuroni e circa un miliardo di sinapsi, entro la fine del 2014. Ebbene questo traguardo, a tutt’oggi, non è ancora riuscito a raggiungerlo, ma è sicuramente sulla buona strada. È infatti di pochi giorni fa, la notizia che il suo team “è riuscito a ricostruire circa 40 milioni di connessioni (sinapsi) tra le cellule nervose ed ha permesso di individuare circa 2.000 connessioni fra ciascun tipo di neurone”. In un intervento al convegno TED del 2009 ad Oxford, Markram dichiarò che: “non è impossibile costruire un cervello umano, e potremo riuscirci fra una decina d’anni”. Il suo traguardo più recente per una simulazione cerebrale completa, è il 2025/26 (mentre nel 2012 egli lo ipotizzava per il 2023).

neocorteccia

Markram e il suo gruppo basano il loro modello su analisi anatomiche ed elettrochimiche dettagliate di neuroni reali. Grazie ad un dispositivo automatizzato da loro creato, che chiamano “robot patch-clamp”, misurano gli specifici canali ionici, neurotrasmettitori ed enzimi che sono responsabili dell’attività elettrochimica all’interno di ciascun neurone. Il loro sistema automatico è stato in grado di compiere trent’anni di analisi in sei mesi!

Secondo Markram, sono queste le analisi grazie alle quali hanno potuto notare le unità di “memoria tipo Lego” (dunque modulare, a “mattoncini”), che costituiscono le unità funzionali di base della neocorteccia.

Contributi importanti alla tecnologia del patch-clamping robotico sono stati dati da Ed Boyden (neuroscienziato del MIT di Cambridge), da Craig Forest (professore di ingegneria meccanica al Georgia Tech) e da Suhasa Kodandaramakah (studente laurato di Forest). Insieme hanno dimostrato un sistema automatizzato che , con la precisione di un micrometro, può eseguire l’esplorazione di tessuto neurale a distanza ravvicinata senza danneggiare le delicate membrane dei neuroni.

Markram, dopo aver simulato una colonna neocorticale ha detto: “Ora dobbiamo solo fare un salto di scala”. La scala è indubbiamente un fattore importante, ma c’è anche un altro ostacolo fondamentale, che è l’apprendimento. Se il cervello del Blue Brain Project deve “parlare e avere un’intelligenza e comportarsi come un essere umano” (parole usate da Markram per descrivere il suo obiettivo, in un’intervista rilasciata alla BBC nel 2009), dovrà avere nella sua corteccia simulata, contenuti sufficienti per poter svolgere queste attività. Come ben osserva Ray Kurzweil: “Come può testimoniare chiunque abbia tentato di fare conversazione con un neonato, ci sono molte cose da imparare, prima che una cosa del genere sia possibile”.

Fausto Intilla

Riferimenti bibliografici:

– R. KURZWEIL, “Come creare una mente. I segreti del pensiero umano”, Apogeo, Milano, 2013, pp. 100-102.

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Simulazione del cervello umano: il traguardo è sempre più vicino! ultima modifica: 2015-10-14T17:00:51+00:00 da Richard
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Noi siamo l’incarnazione locale di un Cosmo cresciuto fino all’autocoscienza. Abbiamo incominciato a comprendere la nostra origine: siamo materia stellare che medita sulle stelle. (Carl Sagan)