Text Size
Lunedì, Novembre 20, 2017
Scienza e Futuro La futura interazione tra macchina e cervello

L'incredibile fascio luminoso filmato dallo spazio durante un video live della NASA

Un incredibile fascio luminoso è stato filmato dalla ISS, la stazione spaziale internazionale, sulla Terra durante una diretta live della Nasa. Il fascio misterioso di luce è rimasto visibile per po...

Derinkuyu, l’antica città sotterranea costruita per proteggere l’umanità

La Cappadocia, nella Turchia orientale, è delimitata al nord dal Mar Nero e a sud dalla catena montuosa del Tauro. Nel 1963, una semplice ristrutturazione nella città di Derinkuyu porta ad una s...

La merce del futuro verrà consegnata tramite droni, ora anche Google sperimenta un proprio modello

NEW YORK - Google sfida Amazon nella battaglia per i droni. Mountain View annuncia di essere impegnata a sviluppare un sistema di droni per le consegne di prodotti. I primi test sono stati condot...

La scienza afferma:la vita nell'Universo potrebbe essersi sviluppata prima di quanto pensiamo

FORME di vita aliena potrebbero essere state ospitata, subito dopo il Big Bang, da alcuni pianeti non appartenenti al Sistema Solare. Un evento avvenuto ben 13,8 miliardi di anni fa, si parla qui...

Futuro spaziale dell'Europa, Pianeta con elementi interessanti e la macchina che andrà sulla Luna

Membri del Parlamento Europeo, agenzie, industrie, enti di ricerca: tutti insieme hanno partecipato alla conferenza sui prossimi obiettivi dell’Europa in campo spaziale. Un incontro durato due giorni,...

Ancora esperimenti sui Neutrini,la spaventosa tempesta di Saturno e lo studio del satellite Iperione

Neutrini: caso ancora aperto I neutrini continuano a viaggiare più veloci della luce. La conferma viene dopo nuovi test e sempre da parte dei ricercatori che lo scorso settembre avevano dato la ...

  • L'incredibile fascio luminoso filmato dallo spazio durante un video live della NASA


    Publish In: Le Prove
  • Derinkuyu, l’antica città sotterranea costruita per proteggere l’umanità


    Publish In: Oopart Archeomisteri
  • La merce del futuro verrà consegnata tramite droni, ora anche Google sperimenta un proprio modello


    Publish In: Scienza e Futuro
  • La scienza afferma:la vita nell'Universo potrebbe essersi sviluppata prima di quanto pensiamo


    Publish In: Scienza e Futuro
  • Futuro spaziale dell'Europa, Pianeta con elementi interessanti e la macchina che andrà sulla Luna


    Publish In: News Astronomia
  • Ancora esperimenti sui Neutrini,la spaventosa tempesta di Saturno e lo studio del satellite Iperione


    Publish In: News Astronomia

La futura interazione tra macchina e cervello

La fantascienza cyberpunk degli anni ottanta raccontava di «impianti neurali» che connettevano il cervello a un dispositivo informatico. L’attore Keanu Reeves, protagonista di Johnny Mnemonic (1995), la non certo memorabile riduzione cinematografica dell’omonimo racconto di William Gibson, si vantava così: «Archiviati nel mio cervello centinaia di megabyte illegali». La singolarità di quel nuovo genere letterario (all’epoca in cui un megabyte faceva ancora impressione) era l’accostamento di una sottocultura metropolitana con una tecnologia che sembrava alla portata del più abile bioingegnere. Impianti neurali così sofisticati non sono stati prodotti né al Massachusetts Institute of Technology né in altri centri di ricerca, ma gli scrittori cyberpunk più creativi hanno dato l’impressione che questa tecnologia un giorno si sarebbe concretizzata, forse nel corso della vita degli stessi lettori. Negli ultimi dieci anni, però, sono comparse approssimazioni più realistiche di tecnologie evocate nella letteratura cyberpunk. Per esempio, una scimmia a cui erano stati applicati elettrodi nel cranio ha usato i segnali neurali per controllare un braccio protesico, un preludio alla possibilità per l’uomo di trovare un rimedio all’immobilità degli arti causata dalla sclerosi laterale amiotrofica o da un ictus. I ricercatori stanno anche studiando come far viaggiare i messaggi elettrici nella direzione opposta, generando segnali di feedback che consentono a un primate di percepire ciò che sta toccando un braccio robotico. Ma fino a dove potremo spingerci nel concepire pezzi di ricambio per il cervello e il resto del sistema nervoso? Oltre a controllare il cursore di un computer o un braccio robotico, la tecnologia permetterà davvero ai cento miliardi di neuroni del cervello di funzionare come archivio di dati per lo spionaggio industriale o come altri elementi narrativi dei romanzi di Gibson? Diventeremo macchine? Sceneggiatori e futurologi che oggi lavorano a Hollywood, eredi meno qualificati dell’originale tradizione cyberpunk, hanno sposato le neurotecnologie. La singolarità è vicina è un film-documentario, la cui uscita è prevista nei primi mesi di quest’anno, basato sulle idee dell’esperto informatico e futurologo Ray Kurzweil, che in un libro con lo stesso titolo del documentario ipotizza che l’uomo raggiungerà una forma di immortalità trasferendo in un computer lo schema digitale del suo sistema nervoso centrale. Eppure il sogno di eternità – come quello dell’avatar Max Headroom, intrappolato in un televisore, o come un copia-e-incolla nell’ultimo robot umanoide – ha fatto poca strada da quando, nel XVII secolo, Cartesio iniziò a meditare sul dualismo mente-corpo. Il trasferimento dell’Io in una macchina – cioè una «fotocopia» della percezione delle vivide tonalità di un’alba, della tavolozza emotiva interiore e degli altri ingredienti che evocano il senso soggettivo del mondo, essenza della vita cosciente – resta un espediente da scrittore di fantascienza. Gli articoli sensazionalisti sulle protesi controllate dal pensiero oscurano il fatto che quasi ignoriamo i meccanismi neurali con cui trasferire le informazioni nel cervello e ricreare un’esperienza cyberpunk della vita reale. «Sappiamo veramente poco a proposito dei circuiti cerebrali coinvolti nei processi cognitivi superiori», puntualizza Richard A. Andersen, neuroscienziato al California Institute of Technology. Allora, che cosa potremmo realisticamente ottenere dall’interazione tra cervello e macchine? I progressi registrati tra il primo elettroencefalogramma e le braccia e i cursori controllati dal cervello suggeriscono un’inevitabile passo avanti, se non verso una singolarità come quella prevista da Kurzweil, forse verso la possibilità di introdurre nel cervello qualche informazione cognitiva di rango superiore? Forse potremo scaricare Guerra e pace o, richiamandoci a The Matrix, il manuale delle istruzioni di volo di un elicottero? E che dire anche solo della registrazione dell’espressione «rosa dei venti» nella memoria di un individuo inconsapevole del trasferimento? O magari anche solo della parola «venti»? Queste domande sono più che mere speculazioni. Anche se un canale per informazioni direttamente collegato con la corteccia rimarrà un’invenzione da fantascienza, capire il modo in cui fotoni, onde sonore, molecole odorose e pressione sulla pelle sono tradotti in ricordi durevoli avrà enormi implicazioni, al di là dell’intrattenimento cyberpunk. Una protesi neurale costruita sulla conoscenza di questi processi potrebbe aiutare vittime di ictus o pazienti con morbo di Alzheimer a formare nuovi ricordi. Sistemi primitivi di innesto sono già nella testa di migliaia di persone: individui sordi o con gravi deficit uditivi «indossano» impianti cocleari che stimolano il nervo acustico con i suoni raccolti da un microfono, un dispositivo che Michael Gazzaniga, neuroscienziato all’Università della California a Santa Barbara, ha definito la prima neuroprotesi efficace nell’uomo. Senza contare che matrici di elettrodi che simulano una retina artificiale sono già realtà in laboratorio. Se funzioneranno, si potranno perfezionare anche per dotare l’uomo della visione notturna. L’obiettivo ancora più ambizioso di collegare il sito di Amazon direttamente all’ippocampo, struttura del cervello essenziale per la formazione dei ricordi, richiede una tecnologia tutta da inventare. Un elenco dettagliato comprenderebbe sistemi per stabilire connessioni affidabili tra i neuroni e il mondo extracranico e sistemi per tradurre una versione digitale di Guerra e pace nel linguaggio usato dai neuroni per comunicare fra loro. Indizi di come realizzare un collegamento di questo tipo si possono rintracciare nelle ricerche di punta sulle interfacce fra cervello e macchina. Il vostro cervello in formato testo Trasferire un libro nel cervello attraverso uno spinotto vuol dire decidere se inserire o meno gli elettrodi direttamente nel tessuto. Questo ostacolo, se escludiamo le persone disabili, potrebbe rendere impraticabili gli impianti su ciascuno di noi. Però, come sappiamo da quasi un secolo, possiamo visualizzare l’attività elettrica del cervello senza perforare il cranio. Un dispositivo che somiglia a una cuffia da nuoto infarcita di elettrodi può trasmettere segnali da un paziente paralizzato, consentendogli di digitare lettere su uno schermo o di navigare in Internet. Niels Birbaumer, dell’Università di Tubinga, in Germania, uno degli scienziati di primo piano nello sviluppo di questa tecnologia, sostiene che una stimolazione per prove ed errori della corteccia con segnali magnetici esterni al cranio e con l’impiego di una cuffia dotata di elettrodi potrebbe localizzare le parole «rosa» o «venti». Una volta individuate, queste aree potrebbero essere eccitate di nuovo, ed evocare quei ricordi. Almeno in teoria. Fra i neurotecnologi c’è chi ritiene che, se singole parole sono localizzate in zone specifiche del cervello (ipotesi discutibile), rintracciare quelle stesse zone forse richiederebbe la capacità di individuare singoli neuroni con precisione maggiore rispetto a quella raggiunta da una cuffia con elettrodi. Uno degli esperimenti in corso con impianti invasivi potrebbe portare alla precisione necessaria per individuare il bersaglio. Philip R. Kennedy e colleghi della Neural Signal hanno progettato uno strumento che registra il segnale in uscita dei neuroni. Il collegamento permette ai soggetti colpiti da ictus di inviare un segnale – «con la sola forza del pensiero» – a un computer che lo interpreta come una vocale, per dire, che si può pronunciare con un sintetizzatore verbale. Un primo passo verso la formazione di parole. Connessioni ancora più precise potrebbero arrivare dall’uso di fibre del diametro di 100 nanometri, o anche meno. Queste fibre potrebbero facilmente collegarsi a singoli neuroni, grazie alle loro ridotte dimensioni e alle loro proprietà elettriche e meccaniche. Jun Li e colleghi della Kansas State University hanno costruito una struttura a forma di spazzola le cui setole, formate da nanotubi, fungono da elettrodi per stimolare o ricevere segnali neurali. Jun Li immagina questa spazzola come un sistema per stimolare neuroni in modo da alleviare la depressione e il morbo di Parkinson, controllare arti protesici o addirittura flettere i muscoli degli astronauti durante lunghi voli spaziali, e quindi prevenire l’inevitabile atrofia muscolare che si verifica a gravità zero. Imparare il linguaggio Esaudire il sogno di introdurre un testo di matematica, o addirittura connettersi alla Guida Michelin prima di partire per le vacanze, richiederà una conoscenza più profonda dei segnali cerebrali che codificano il linguaggio e altre rappresentazioni neurali. Svelare il codice neurale è una delle grandi sfide delle neuroscienze e, appropriandoci indebitamente di Freud, sarà forse una via maestra per comprendere la coscienza. I teorici hanno proposto diverse ipotesi per spiegare come i miliardi di neuroni, e le migliaia di miliardi di sinapsi che li connettono, si scambiano messaggi dotati di significato. Secondo la teoria più vecchia, il codice corrisponde alla frequenza dei potenziali d’azione (gli impulsi nervosi) generati da un neurone. Ma anche se il codice di frequenza fosse sufficiente per alcuni stimoli non lo sarebbe per scaricare in memoria un libro di Marcel Proust o di Richard Feynman, cioè per fornire allo schermo mentale la rappresentazione di una madeleine o dell’astrazione concettuale di un testo zeppo di equazioni differenziali. Studi più recenti si sono concentrati sulla temporizzazione precisa degli intervalli tra singoli impulsi, i cosiddetti codici temporali, e sugli schemi di attività sincrona dei neuroni, che cambiano in continuazione, ovvero i codici di popolazione. Un aiuto per il download di informazioni nel cervello potrebbe arrivare dal tentativo di costruire un ippocampo artificiale per persone con deficit di memoria. Questa impresa, iniziata ormai dieci anni fa, potrebbe fornire ai ricercatori nuove conoscenze sui codici neurali. Alla University of Southern California, in collaborazione con la Wake Forest University, hanno creato un pezzo di ricambio per questa struttura cerebrale della memoria. Gli ippocampi, uno per ciascun emisfero cerebrale, si trovano in profondità nel cervello, vicino al lobo temporale, e sono danneggiati da un ictus o dal morbo di Alzheimer. Un bypass elettronico dell’ippocampo quindi potrebbe ripristinare la capacità di formare nuovi ricordi. Il progetto, finanziato dalla National Science Foundation e dalla Defense Advance Research Project Agency, potrebbe spingersi oltre, potenziando la memoria normale o contribuendo a decifrare i codici di processi cognitivi elevati. I ricercatori – guidati da Theodore W. Berger della University of Southern California e Samuel Deadwyler della Wake Forest – stanno redigendo un articolo in cui dimostrano che un ippocampo artificiale ha preso il posto di quello biologico nell’archiviare un particolare ricordo di un ratto: premere una leva per ricevere una goccia d’acqua. In genere l’ippocampo emette segnali indirizzati ad aree corticali responsabili della memoria a lungo termine di un’esperienza. Nell’esperimento, una sostanza inibiva temporaneamente il funzionamento dell’ippocampo del roditore. Quando il ratto premeva la barra giusta, il segnale elettrico proveniente da alcune aree della corteccia, tra cui quelle sensoriali, era instradato in un microchip, che a sua volta spediva gli stessi segnali che avrebbe spedito l’ippocampo. In questo modo si è dimostrato che un dispositivo artificiale ha imitato il segnale in uscita dall’ippocampo, segnando un passo avanti verso la comprensione del codice che si potrebbe usare per creare un ricordo nella corteccia motoria. E che forse un giorno si potrebbe usare per svelare codici di comportamenti di livello ancora superiore. Se potessimo stabilire i codici della frase «rosa dei venti», o magari di un intero manuale, teoricamente potremmo introdurli in una matrice di elettrodi nell’ippocampo, o in altre aree corticali, evocando la scena di The Matrix in cui le istruzioni per guidare un elicottero sono scaricate dal telefono cellulare. Le ricerche sull’ippocampo artificiale prefigurano uno scenario appena più ordinario. «Il genere di esempi che [lo US Department of Defense] ama usare riguarda l’informazione codificata per far volare un F-15», spiega Berger. L’apparente semplicità del modello di input neurale previsto da un ippocampo artificiale potrebbe sollevare più domande che risposte. Questo impianto cancellerebbe le memorie esistenti? Il codice della frase «rosa dei venti» sarebbe lo stesso per me, per voi, e magari per un curdo? I codici dell’ippocampo si fonderebbero senza confusione con altri circuiti che creano il contesto adeguato, la cornice semantica della frase? E «rosa dei venti» potrebbe essere interpretata erroneamente come un fiore che appartiene a 20 persone invece che come la rappresentazione dei punti cardinali? Alcuni neuroscienziati sostengono che il linguaggio del cervello non sarà decifrato fino a quando non capiremo qualcosa di più della lettura di semplici potenziali d’azione o del codice di frequenza. «Ricavare un numero enorme di segnali, capirne il significato e correlarli a un particolare comportamento non sarà la soluzione», afferma Henry Markram, professore di neuroscienze all’Ecole Polytechnique Fédérale di Losanna. Un particolare input su un neurone o su gruppi di neuroni può produrre un determinato segnale in uscita, per esempio la conversione degli input sensoriali in memoria a lungo termine da parte dell’ippocampo, seguendo numerosi percorsi diversi. «Fino a quando ci sarà una miriade di modi per farlo, saremo ancora in alto mare», aggiunge. Il Blue Brain Project, diretto da Markram, è un progetto partito nel 2005 con l’obiettivo di usare simulazioni, prodotte da computer estremamente potenti, per decifrare la struttura del cervello a livello molecolare, creando prima un modello per il cervello dei topi, più semplice, e poi un modello per quello umano, per svelare la funzione dei processi neurali di base. Questo obiettivo richiede macchine 1000 volte più potenti dei supercomputer disponibili attualmente. Quando emergerà, il codice vero e proprio potrebbe avere una struttura molto diversa da quella descritta oggi nei libri. «Sono convinto che assisteremo a una rivoluzione concettuale, con grandi implicazioni sulla nostra concezione della realtà», dice Markram. «Sarà qualcosa di assai profondo. Forse per questa ragione il problema è tanto intrattabile». La molteplicità dei problemi da affrontare per capire come trasferire informazioni nel cervello prefigura un limite pratico ai progressi della neurotecnologia. Il compito di formare la vastità di connessioni che costituiscono la memoria è quanto di più lontano ci sia dal magnetizzare un mucchietto di bit su disco rigido. «L’informazione complessa, come il contenuto di un libro, richiederebbe l’interazione di un numero enorme di cellule nervose su una vasta area del sistema nervoso», osserva John P. Donoghue, neuroscienziato alla Brown University. «È impossibile lavorare su ciascuna cellula, facendo immagazzinare nelle loro connessioni l’informazione corretta. Sulla base delle conoscenze attuali, direi che non è proprio possibile». Scrivere nel cervello potrebbe rimanere un sogno perduto nel cyberspazio. Ma questa apparente impossibilità non smorza l’ottimismo di Donoghue a proposito della possibilità di trasferire l’informazione al contrario, sviluppando protesi controllate dal cervello per persone con gravi invalidità. Donoghue è all’avanguardia negli studi su come impiantare matrici di elettrodi nel cervello in grado di fornire una linea diretta dalla corteccia a un braccio protesico o addirittura a una sedia a rotelle. Donoghue prevede che nei prossimi cinque anni le interfacce cervello-macchina consentiranno a una persona paralizzata di sollevare un bicchiere d’acqua per bere e che, in un futuro più o meno distante, questi sistemi potrebbero essere ulteriormente perfezionati in modo che una persona che ha subito una lesione nel tratto superiore della colonna vertebrale possa realizzare l’impensabile, forse persino giocare a basket con arti protesici, rendendo reale L’uomo da sei milioni di dollari, la serie televisiva degli anni settanta. Ma anche senza un canale per informazioni direttamente collegato con il cervello, pazienti disabili e scienziati potrebbero cogliere i vantaggi di sostituti più modesti. Nel 2007, Gert Pfurtscheller e i colleghi del Politecnico di Graz hanno riferito il caso di un paziente con una lesione alla colonna vertebrale in grado di attraversare un ambiente virtuale con il pensiero, spostandosi da un estremo all’altro di una strada simulata. In effetti, Nicolelis ha iniziato a studiare come scimmie collegate a protesi sviluppano una consapevolezza cinestesica, una sensazione del movimento e del tatto completamente separata dagli input sensoriali del loro organismo biologico. «Le prove fisiologiche durante gli esperimenti suggeriscono che si sentono più collegate ai robot che non al loro stesso corpo», spiega. Le conseguenze più importanti di queste ricerche potrebbero essere qualcosa di diverso da impianti neurali o braccia robotiche. La conoscenza dello sviluppo del sistema nervoso centrale acquisita dal Blue Brain Project, o da un’altra simulazione, permetterebbe agli educatori di capire qual è il metodo didattico migliore per i bambini e stabilire quando applicare una particolare tecnica pedagogica. «Potete costruire un programma didattico progettato per consentirvi, nel più breve tempo possibile, di acquisire certe facoltà», afferma Markram. Se ha ragione, la ricerca mirata a usare impianti neurali come perfezionamento delle nostre facoltà produrrà vantaggi pratici più significativi dei sogni, ispirati dalla fantascienza del XX secolo, di un cervello trasformato in lettore di una scheda di memoria.


blog comments powered by Disqus

Secondo te prima della nostra c'è stata un altra civiltà?

Wikipedia Affiliate Button
jeux gratuit