Esperto: il futuro dell'intelligenza artificiale appartiene ai biocomputer

Diverse aziende nel mondo e un piccolo numero di team di ricerca stanno lavorando all'utilizzo di neuroni viventi per costruire computer biologici intelligenti. Tali processori sarebbero incomparabilmente più efficienti dei chip di silicio che supportano l'intelligenza artificiale, ha detto al PAP l'esperta di neuroscienze Dott.ssa Ewelina Kurtys.

Secondo l'esperto, il cervello vivente è incredibilmente efficiente ed efficace in termini di elaborazione delle informazioni: se ciò potesse essere applicato alla tecnologia, significherebbe una rivoluzione nell'informatica.

"Il motivo principale per cui lavoriamo su computer fatti di neuroni viventi è che le cellule nervose sono molto efficienti dal punto di vista energetico. Lo sappiamo osservando il cervello umano. Allo stato attuale, consideriamo questo il principale vantaggio dell'utilizzo di neuroni viventi. La ricerca attuale sulle reti neurali artificiali si concentra principalmente su velocità e precisione, e si presta meno attenzione al risparmio energetico. Nel frattempo, il consumo energetico dell'intelligenza artificiale sta crescendo esponenzialmente. Quindi questo rappresenterà un problema significativo in futuro", ha spiegato la Dott.ssa Ewelina Kurtys, ricercatrice presso l'azienda svizzera FinalSpark.

Come ha sottolineato lei stessa, stiamo solo assistendo all'inizio del lavoro sui computer viventi. "Si tratta di un campo molto innovativo. A parte FinalSpark, solo due startup ci stanno lavorando: negli Stati Uniti e in Australia. Per quanto riguarda la ricerca scientifica, sono in corso solo pochi studi. Questo è particolarmente vero per la ricerca sull'uso dei neuroni umani, perché sono passati solo circa 15 anni da quando siamo riusciti a ottenerli con relativa facilità dalle cellule staminali prodotte da cellule cutanee umane", ha osservato il ricercatore.

Ha aggiunto che creare un "processore vivente" è una sfida enorme per molti motivi. "Innanzitutto, i neuroni sono cellule molto sensibili a qualsiasi cambiamento ambientale. Bisogna monitorare attentamente tutti i parametri, come l'accesso all'ossigeno, ai nutrienti, alla temperatura, ecc. Nei nostri esperimenti, creiamo un gruppo di circa 10.000 neuroni che formano una struttura di circa 0,5 mm di dimensione. Li coltiviamo su una piastra con un terreno di coltura appropriato", ha riferito.

Sebbene le cellule nervose siano molto sensibili, possono funzionare a lungo nelle giuste condizioni. "Sappiamo che i neuroni nel cervello umano possono vivere fino a cento anni: la maggior parte di essi funziona dalla nascita alla morte. Quindi, in teoria, le reti neurali viventi e coltivate potrebbero funzionare anche per anni. Manteniamo le nostre cellule in vita per tre mesi perché è il tempo di cui abbiamo bisogno in questa fase della ricerca", ha affermato il Dott. Kurtys.

Le reti viventi interagiscono con l'ausilio dell'elettronica tradizionale. "Il gruppo di neuroni che stiamo coltivando è attualmente collegato a otto elettrodi. Con il loro aiuto, inviamo e riceviamo segnali elettrici dalle cellule. I neuroni comunicano tramite impulsi chimici ed elettrici. In questo modo, alleniamo la nostra rete e ne ricaviamo informazioni", ha spiegato lo specialista.

Ha aggiunto che nel laboratorio in cui lavora, questa operazione può essere svolta anche da remoto. "Abbiamo sviluppato un sistema di questo tipo durante la pandemia. Grazie a questo, abbiamo aperto il nostro laboratorio ad altri team provenienti da diverse parti del mondo. Tra le proposte di esperimenti che ci vengono inviate, selezioniamo quelle più interessanti e permettiamo ad altri scienziati di eseguirle gratuitamente sulle nostre reti. Abbiamo anche i primi clienti commerciali che affittano il nostro laboratorio da remoto per gli esperimenti", ha osservato il Dott. Kurtys.

Come ha riconosciuto, la programmazione delle cellule viventi è una sfida enorme: "Il processo di apprendimento delle reti neurali viventi è ancora oggetto di intensa ricerca. Infatti, nessuno sa ancora esattamente come il cervello apprenda; quali meccanismi ci siano dietro; quali siano gli algoritmi di apprendimento del cervello. E questa è un'enorme sfida scientifica. Si sta cercando di condurre ricerche su questo argomento a vari livelli. Per ora, stiamo conducendo esperimenti in cui inviamo diversi segnali elettrici alle cellule e misuriamo le risposte. Il nostro obiettivo è ottenere una relazione sensata tra ciò che inviamo ai neuroni (input) e ciò che riceviamo da loro (output)".

A quanto pare, una rete viva può funzionare un po' come una cosiddetta scatola nera. "Il nostro obiettivo, tuttavia, non è capire esattamente come funzionano i neuroni, come apprendono. Ciò che ci interessa davvero è il risultato. Quindi, se riusciamo ad apprendere e a svolgere diversi compiti significativi, anche se non sappiamo esattamente come lo fanno i neuroni, va bene lo stesso", ha spiegato lo specialista.

Ha aggiunto che dovrebbe essere possibile anche il trasferimento di dati tra reti: "Quando si tratta di spostare informazioni da una rete all'altra, crediamo che esistano soluzioni anche per questo. Se sviluppiamo tecniche per leggere le informazioni dalle reti e addestrarle, probabilmente saremo in grado di trasferire informazioni tra reti in questo modo: leggere il contenuto di una rete e addestrare l'altra in base a quello, ovvero trasferire informazioni a quest'ultima."

Anche in tutto il mondo si stanno conducendo ricerche leggermente diverse, che riguardano l'uso di sistemi già sviluppati dalla natura, ad esempio: il sistema nervoso di organismi semplici come gli insetti.

Tuttavia, stiamo andando in una direzione diversa. Vogliamo creare un bioprocessore basato sui neuroni umani. Nel caso di piccoli gruppi di cellule, il tipo di neuroni potrebbe non essere così significativo: potremmo usare cellule di ratto o di topo, ad esempio. Tuttavia, col tempo, man mano che queste strutture si ingrandiscono, potrebbe diventare importante. Sappiamo che il cervello umano è unico e possiede le maggiori capacità computazionali tra i cervelli di tutte le specie. Crediamo che l'uso di cellule umane consentirà l'elaborazione di algoritmi più complessi in futuro. Abbiamo un obiettivo ambizioso: sviluppare un biocomputer funzionante entro un decennio. Prevediamo che tale tecnologia genererà oltre un miliardo di dollari di profitti all'anno", ha sottolineato.

Nell'ambito della formazione in rete, la ricercatrice e i suoi colleghi hanno ottenuto solo i primi successi. "In questa fase, che è ancora molto precoce, siamo riusciti a registrare un bit di informazione in una rete vivente. Non è molto, ma essere riusciti a controllare una rete composta da cellule viventi può essere considerato un successo. I nostri concorrenti dell'azienda australiana Cortical Labs sono riusciti ad addestrare una rete simile per controllare il gioco 'Pong'. Abbiamo cercato di riprodurre questo risultato, ma finora non ci siamo riusciti", ha affermato il Dott. Kurtys.

Tuttavia, questo è solo l'inizio del viaggio, ha ricordato. "Credo che ottenere algoritmi più complessi sia una questione di tempo e di esborso finanziario. Ad esempio, stiamo cercando investitori, perché il nostro progetto è finora interamente finanziato dai fondatori dell'azienda. Tra le altre cose, sono necessari esperti in vari campi, sia tecnologici che biologici", ha sottolineato.

Nel frattempo, emergono già interrogativi sugli aspetti etici di tale lavoro; anche se le strutture complesse dei neuroni avranno coscienza.

"Questo è un argomento molto ampio e qualsiasi tesi è difficile da dimostrare. La questione della coscienza in sé è molto astratta e si basa esclusivamente su opinioni, non su fatti. Tuttavia, queste domande sono certamente importanti. Partecipiamo anche a discussioni con filosofi ed eticisti su questo argomento. Cerchiamo di interessarli a questo problema. Le prime pubblicazioni scientifiche su questi temi stanno già comparendo. Non siamo esperti di filosofia o etica, quindi vogliamo che gli specialisti in questi campi si esprimano. Vogliamo che la tecnologia che creiamo sia accettata dalla società. Le ricerche condotte finora su questo argomento mostrano che la società attualmente percepisce tali tecnologie in modo diverso: a volte suscitano paura, a volte interesse e speranza", ha osservato il Dott. Kurtys.

Se i computer viventi emergessero e diventassero ampiamente utilizzati, difficilmente causerebbero la scomparsa dei processori tradizionali. "Vedo un futuro in cui diverse tecnologie saranno utilizzate simultaneamente, per scopi diversi. Avremo una varietà di processori. Numerosi sistemi per applicazioni specifiche sono già in fase di sviluppo. Inoltre, i processori quantistici vengono sviluppati parallelamente ai computer tradizionali, che dovrebbero essere perfetti per compiti specifici. Sarà simile con le reti neurali viventi. Un computer tradizionale, ad esempio, gestisce meglio i compiti ripetitivi rispetto a un essere umano, ma il cervello, ad esempio, filtra le informazioni molto meglio. Credo che tutte le tecnologie troveranno il loro posto. D'altra parte, crediamo che le reti neurali biologiche saranno più efficienti di quelle create sui processori al silicio, quindi in alcuni casi potranno sostituirle", ha aggiunto lo specialista.

La dottoressa Ewelina Kurtys è una scienziata che lavora sui computer biologici presso l'azienda svizzera FinalSpark. È esperta in neuroscienze e nella commercializzazione di nuove tecnologie e strategie per il loro sviluppo.

Marek Matacz (PAP)

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