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HAL 9000 e Terminator erano fantascienza, ma SPAUN esiste davvero

Giornalista freelance, scrivo per Wired Italia, Nature e The Economist. Ho collaborato con molte altre testate tra cui Mente e Cervello, L'Espresso e Le Scienze. Mi occupo di temi scientifici e in particolare di tecnologia, neuroscienze e medicina. Insegno al Master in Comunicazione della Scienza della SISSA di Trieste e dal 2007 al 2010 ho fatto parte dell'ufficio comunicazione dell'Agenzia Spaziale Italiana. Ho pubblicato il volume L'estinzione dei tecnosauri (Sironi, 2003) e, con Daniela Cipolloni, Compagno Darwin (Sironi 2009).

Ora potete iniziare a preoccuparvi. HAL 9000 e Terminator erano fantascienza, ma SPAUN esiste davvero. Fa pochissime cose, ma le fa in modo dannatamente simile agli esseri umani, e addirittura con gli stessi errori. Un computer in grado di fare alcune cose meglio di un cervello umano non sarebbe una grande sopresa, ma uno che commette i nostri stessi errori, beh, è il caso di iniziare a prenderlo sul serio.

Ma chi è SPAUN? Il nome sta per Semantic Pointer Architecture Unified Network, e lo ha creato Chris Eliasmith, un neuroscienziato dell’Università canadese di Waterloo, che racconta la storia della sua creatura sul numero di Science uscito la scorsa settimana.

Spaun è un sistema informatico che riproduce un sottoinsieme del cervello umano.

Voi direte: “Rieccoci, ancora il mito dell’intelligenza artificiale, l’idea che un mucchio di fili e microprocessori possa catturare l’estrema complessità del ragionamento e del comportamento umano”. Sì e no, perché chi ha creato Spaun è partito proprio dai limiti e dai fallimenti di altri progetti simili in passato. Il progetto va ben oltre le reti neurali artificiali, quei sistemi software o hardware (che pure hanno ottenuto buoni risultati in alcuni ambiti, per esempio il riconoscimento di immagini) in cui i “neuroni” simulati non sono altro che filtri matematici che ricevono un valore in input e ne ridanno un altro in output.

Hanno qualche interessante capacità di apprendimento, ma non c’entrano nulla con il vero funzionamento dei nostri neuroni, ognuno dei quali è una complessa macchinetta biochimica in cui in ogni momento entrano atomi di calcio, ne escono di magnesio, e per questo cambia il potenziale e passa uno sbalzo di corrente elettrica, provocando il rilascio di neurotrasmettitori che a loro volta vanno a finire su altri neuroni dicendo loro cosa fare, e coì via.

Tutto questo accade miliardi di volte in ogni momento nel nostro cervello, e misteriosamente il risultato di tutto questo sono il nostro pensiero e il nostro comportamento.

Spaun simula al dettaglio il comportamento di 2,5 milioni di “neuroni” virtuali.

Per ognuno di essi c’è tutto, l’intera fisiologia, compresi gli “spike” (bruschi passaggi di corrente elettrica) che li attraversano o il passaggio di neurotrasmettitori di diverso tipo dall’uno all’altro, con tempi e modi realistici. Un sacco di dati, direte voi. E infatti Spaun ci mette ore per simulare un secondo di vita di un neurone, ma questo non è un problema: ai ricercatori basta poi riguardare i dati a velocità accelerata, come si farebbe guardando un film con il tasto fast forward premuto, per avere l’effetto voluto.

I neuroni artificiali di Spaun sono raggruppati in celle in modo da corrispondere alle parti del cervello che servono ad analizzare le immagini, a immagazzinare ricordi a breve termine e a controllare i movimenti. Le diverse regioni sono collegate tra loro e si scambiano dati in modo realistico, seguendo ciò che sappiamo dei collegamenti tra le diverse aree del cervello. Il tutto controlla un braccio meccanico in grado di scrivere e disegnare, modellizzato con precisione con tanto di peso, inerzia, velocità di movimento e così via.

Spaun non è nemmeno il primo tentativo di creare un modello al computer del cervello umano, neurone per neurone. Ma gli altri tentativi partivano dall’idea che il segreto del cervello fosse nelle sue dimensioni, e che solo avvicinandosi al numero di neuroni del cervello umano (che sono tra gli 85 e i 90 miliardi) si potesse vedere qualche risultato. Qualcuno aveva così costruito un  modello da 1 miliardo di neuroni, qualcun altro un modello quasi in scala 1:1 di singole zone della corteccia. Con scarsi risultati.

I creatori di Spaun hanno pensato che la strada giusta non fosse di aumentare la complessità sperando che la simulazione da  sola facesse la magia.

“Mettere assieme un sacco di neuroni e sperare che emerga qualcosa di interessante non mi sembra un modo molto plausibile di capire una cosa complessa come il cervello” dice Eliasmith, che ha optato per un compromesso: meno neuroni, e quindi un cervello che sappia fare poche cose semplici, ma almeno quelle le faccia in modo più simile possibile all’essere umano.

E a quanto pare ci è riuscito. Certo, Spaun non ha molti talenti. Sa analizzare semplici input visivi e rispondere con alcuni comportamenti. “Vede” una serie di cifre, scritte a mano oppure stampate, e deve prima di tutto copiarle con la propria calligrafia. Può ricordare e riscrivere una lista casuale di numeri. Può farne la somma, e scrivere quale posto occupava un certo numero nella lista.

Tutti compiti banali per qualunque computer direte voi. Il problema è che un computer non ha nulla, ma proprio nulla del cervello umano. Non ci sono spike, neurotrasmettitori, interazioni tra diverse aree e così via. Un processore fa conti e basta. Il cervello usa un altro codice, che però riusciamo si e no a intravedere. Per quanto ci abbiano provato, gli scienziati non sono ancora in grado di costruire un ponte tra la fisiologia dei singoli neuroni (che conoscono abbastanza bene) e il comportamento che osserviamo. Come si passi dall’uno all’altro, non lo sappiamo. Spaun è il primo tentativo convincente di colmare quel gap con una simulazione informatica.

Ed è convincente non solo perché in molti compiti le sue prestazioni si avvicinano a quelle dell’essere umano (fast forward a parte), ma, soprattutto, perché i suoi errori (perché ne fa, eccome) sono dannatamente simili ai nostri. Per esempio ha la tendenza a ricordare meglio i numeri all’inizio e alla fine di una lista rispetto a quelli centrali. Insomma, concentra l’attenzione su momenti chiave della scena e fatica a mantenerla costante, proprio come noi. “Quello che ci ha davvero sorpreso non è stato che riuscisse a fare i compiti che gli assegnavamo” ha detto Eliasmith parlando della sua creatura “ma piuttosto che il tempo che impiegava per farli o gli errori che faceva erano gli stessi degli esseri umani”.

Spaun è rudimentale. Simula solo una piccola parte del cervello umano, non impara nuovi compiti, maneggia solo i numeri da uno a dieci. Ma continuerà a crescere, e i suoi creatori sperano che diventi prima di tutto un banco di prova per le ipotesi sul funzionamento del cervello umano. Per esempio si potrebbe “danneggiare” virtualmente una parte dei suoi moduli per vedere cosa succede. Ci hanno già provato, i ricercatori canadesi, “uccidendo” alcuni neuroni allo stesso ritmo con cui muoiono nel cervello umano che invecchia, e ottenendo come risultato un declino delle capacità cognitive simile a quello che si vede negli esseri umani.

Scriveva Gianbattista Vico che si capiscono davverso solo le cose che si è capaci di costruire. Se è vero, Spaun potrebbe essere un passo importante per capire il cervello umano. Purché continui a sbagliare come si deve, naturalmente.

Roma, 18 dicembre 2012

Nicola Nosengo

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