Ricerca: i neuroni umani sono capaci di “giocare in autonomia”

Far apprendere ai neuroni umani (contenuti in un “piatto di elettrodi”) a giocare in autonomia. È questo lo scopo di una particolare ricerca^[1] che è stata svolta presso la “Cortical Labs” di Melbourne. I ricercatori australiani hanno di fatto dimostrato una prova di principio del fatto che i neuroni messi in un “piatto di elettrodi” possono apprendere e mostrare i segni fondamentali dell’intelligenza umana.

Un sistema chiamato DishBrain

Secondo il Chief scientific officer della ricerca, Brett Kagan, nei libri di testo attuali i neuroni sono considerati prevalentemente in termini di “implicazioni” per la biologia umana o animale e non si pensa a loro come a un qualcosa che possa processare informazioni; tuttavia, un neurone è un sistema straordinario che può elaborare informazioni in tempo reale con un consumo energetico molto basso. Cortical Labs chiama il suo sistema “DishBrain”, anche se di “cervello” c’è ben poco. Invero, i neuroni sono ben lontani da un cervello vero e proprio e non mostrano segni di coscienza. Anche la definizione di intelligenza è molto dibattuta in questo contesto. Lo stesso Brett Kagan definisce l’intelligenza come la capacità di raccogliere informazioni e applicarle a un comportamento adattivo in un determinato ambiente. E con la ricerca in esame non siamo proprio su questa linea d’onda.

La ricerca svolta da Cortical Labs, inoltre, non è totalmente innovativa. Nel lontano 2008, infatti, un team di ricercatori statunitensi scoprì^[2] che i neuroni delle cavie, allevate in laboratorio, possono mostrare un comportamento di apprendimento e di orientamento verso determinati obiettivi. Rispetto alla ricerca statunitense, il lavoro del Cortical Labs mette a disposizione tecnologie e strumenti analitici più sofisticati. Ad esempio, i piatti utilizzati nella ricerca del 2008 avevano decine di elettrodi; quelli di DishBrain, invece, ne hanno migliaia. E se la ricerca statunitense studiò neuroni di roditori, il team di DishBrain ha testato neuroni derivati da cellule umane.

Come è stato effettuato il test

I ricercatori australiani hanno usato il loro sistema per insegnare ai neuroni a rispondere al segnale elettrico che “sostituisce” la pallina del gioco “Pong” (uno tra i primi videogiochi della storia che simula il ping-pong). Nel gioco Pong, un giocatore fa scorrere una racchetta virtuale e verticale su e giù per lo schermo per intercettare una palla che rimbalza. Nell’esperimento del Cortical Labs, i neuroni controllavano la racchetta. Gli autori hanno rappresentato il percorso della pallina (su-giù e viceversa) stimolando i neuroni lungo il percorso della stessa rispetto alla racchetta. Le risposte dei neuroni di un’altra regione della rete sono state utilizzate per spostare la racchetta verso l’alto o verso il basso.

Per insegnare ai neuroni a colpire la pallina, Brett Kagan e il suo team hanno sfruttato la teoria secondo cui i neuroni tendono a ripetere l’attività che produce un “ambiente prevedibile”. Quando i neuroni rispondevano in un modo che corrispondeva a colpire la pallina, venivano stimolati in una posizione e con una frequenza che era la stessa ogni volta. Se mancavano la pallina, invece, i neuroni venivano stimolati dagli elettrodi in posizioni casuali e a frequenze diverse. Con il tempo, i neuroni hanno imparato a colpire la pallina per ricevere la risposta “modellata” piuttosto che quella “casuale”.

Conclusioni

Il lavoro del Cortical Labs rappresenta un passo importante verso lo sviluppo di test che potrebbero essere utilizzati, ad esempio, per verificare il potenziale effetto di un nuovo farmaco che agisce sulla funzione neuronale dell’uomo. Anche se non è ancora chiaro se i neuroni si comportano così per creare un ambiente prevedibile oppure in risposta a qualche altro aspetto dei segnali ricevuti. Il prossimo passo importante potrebbe essere una spiegazione dettagliata del tipo di stimoli che possono effettivamente fare la differenza. Cortical Labs mira anche a utilizzare i neuroni per sviluppare unità di elaborazione biologiche da utilizzare nel settore dell’informatica. Certo è che le tecniche sviluppate per DishBrain sono sufficientemente “quantitative” da poter essere utilizzate per confrontare le variazioni di apprendimento tra animali diversi o tra cellule provenienti da più regioni del cervello. Nel frattempo, con l’utilizzo dei neuroni umani in un gioco virtuale (seppur semplice) come Pong, possiamo dire di aver fatto un passo in avanti verso nuove e più emozionanti scoperte.^[3]

Note

1. In vitro neurons learn and exhibit sentience when embodied in a simulated game-world. PubMed. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36228614/ ↑
2. Shaping embodied neural networks for adaptive goal-directed behavior. PubMed. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18369432/#affiliation-1 ↑
3. Neurons in a dish learn to play Pong — what’s next? Nature. https://www.nature.com/articles/d41586-022-03229-y ↑