Il futuro del cervello: gli anni '30 e oltre

Ed Eversione

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Entro la metà del secolo dovremmo essere in grado di completare la prossima pietra miliare nella storia dell’intelligenza artificiale: il reverse engineering del cervello umano. Gli scienziati, frustrati dal fatto di non essere riusciti a creare un robot fatto di silicio e acciaio, stanno anche tentando l’approccio opposto: smontare il cervello, neurone per neurone – proprio come un meccanico potrebbe smontare un motore, vite per vite – e quindi eseguendo una simulazione di questi neuroni su un enorme computer. Questi scienziati stanno cercando sistematicamente di simulare l'attivazione dei neuroni negli animali, a partire da topi e gatti, e salendo lungo la scala evolutiva degli animali. Si tratta di un obiettivo ben definito e dovrebbe essere possibile entro la metà del secolo.

Fred Hapgood del MIT scrive: "Scoprire come funziona il cervello, esattamente come funziona, il modo in cui sappiamo come funziona un motore, riscriverebbe quasi tutti i testi della biblioteca".

Il primo passo nel processo di reverse engineering del cervello è comprenderne la struttura di base. Anche questo semplice compito è stato un processo lungo e doloroso. Storicamente, le varie parti del cervello venivano identificate durante le autopsie, senza alcun indizio sulla loro funzione. La situazione cominciò gradualmente a cambiare quando gli scienziati analizzarono le persone con danni cerebrali e notarono che il danno in alcune parti del cervello corrispondeva a cambiamenti nel comportamento. Le vittime di ictus e le persone affette da lesioni o malattie cerebrali hanno mostrato cambiamenti comportamentali specifici, che potrebbero quindi essere abbinati a lesioni in parti specifiche del cervello. L'esempio più spettacolare di ciò fu nel 1848 nel Vermont, quando un'asta di metallo lunga 3 piedi e 8 pollici fu conficcata attraverso il cranio di un caposquadra ferroviario di nome Phineas Gage. Questo incidente storico è avvenuto quando la dinamite è esplosa accidentalmente. La verga gli è entrata in un lato del viso, gli ha fracassato la mascella, gli ha attraversato il cervello ed è uscita dalla sommità della testa. Miracolosamente sopravvisse a questo terribile incidente, anche se uno o entrambi i lobi frontali furono distrutti. Il medico che lo ha curato inizialmente non poteva credere che qualcuno potesse sopravvivere a un simile incidente ed essere ancora vivo. Rimase in uno stato semicosciente per diverse settimane, ma in seguito si riprese miracolosamente. Sopravvisse addirittura per altri dodici anni, accettando lavori occasionali e viaggiando, morendo nel 1860. I medici preservarono con cura il suo cranio e la verga, e da allora sono stati studiati intensamente. Le moderne tecniche, utilizzando la TAC, hanno ricostruito i dettagli di questo straordinario incidente. Questo evento cambiò per sempre le opinioni prevalenti sul problema mente-corpo. In precedenza, anche negli ambienti scientifici si credeva che l'anima e il corpo fossero entità separate. Le persone scrivevano consapevolmente di una “forza vitale” che animava il corpo, indipendentemente dal cervello. Ma rapporti ampiamente diffusi indicavano che la personalità di Gage aveva subito notevoli cambiamenti dopo l'incidente. Alcuni resoconti affermano che Gage era un uomo estroverso e benvoluto che divenne violento e ostile dopo l'incidente. L'impatto di questi rapporti rafforzò l'idea che parti specifiche del cervello controllavano comportamenti diversi, e quindi il corpo e l'anima erano inseparabili. toccava parti del cervello con degli elettrodi, alcune parti del corpo del paziente potevano essere stimolate. Toccare questa o quella parte della corteccia potrebbe far muovere una mano o una gamba. In questo modo, è stato in grado di costruire uno schema approssimativo di quali parti della corteccia controllano quali parti del corpo. Di conseguenza, si potrebbe ridisegnare il cervello umano, elencando quali parti del cervello controllano quale organo. Il risultato fu un omuncolo, un'immagine piuttosto bizzarra del corpo umano mappata sulla superficie del cervello, che sembrava uno strano omino, con polpastrelli, labbra e lingua enormi, ma un corpo minuscolo. Più recentemente, le scansioni MRI hanno ci hanno fornito immagini rivelatrici del cervello pensante, ma non sono in grado di tracciare i percorsi neurali specifici del pensiero, che forse coinvolgono solo poche migliaia di neuroni. Ma un nuovo campo chiamato optogenetica combina ottica e genetica per svelare specifici percorsi neurali negli animali. Per analogia, questo può essere paragonato al tentativo di creare una road map. I risultati delle scansioni MRI sarebbero simili a determinare le grandi autostrade interstatali e il grande flusso di traffico su di esse. Ma l’optogenetica potrebbe essere in grado di determinare effettivamente strade e percorsi individuali. In linea di principio, offre addirittura agli scienziati la possibilità di controllare il comportamento degli animali stimolando questi percorsi specifici. Ciò, a sua volta, ha generato diverse storie sensazionali sui media. Il Drudge Report aveva un titolo spaventoso che urlava: “Gli scienziati creano mosche telecomandate”. I media hanno evocato visioni di mosche telecomandate che svolgevano il lavoro sporco del Pentagono. Al The Tonight Show, Jay Leno ha persino parlato di una mosca telecomandata che potrebbe volare nella bocca del presidente George W. Bush a comando. Anche se i comici si sono divertiti moltissimo immaginando scenari bizzarri in cui il Pentagono comandava orde di insetti con la semplice pressione di un pulsante, la realtà è molto più modesta. Il moscerino della frutta ha circa 150.000 neuroni nel cervello. L'optogenetica consente agli scienziati di illuminare alcuni neuroni nel cervello dei moscerini della frutta che corrispondono a determinati comportamenti. Ad esempio, quando vengono attivati ​​due neuroni specifici, può segnalare al moscerino della frutta di scappare. La mosca quindi allunga automaticamente le zampe, allarga le ali e decolla. Gli scienziati sono stati in grado di allevare geneticamente un ceppo di moscerini della frutta i cui neuroni di fuga si attivavano ogni volta che veniva acceso un raggio laser. Se si puntava un raggio laser su questi moscerini della frutta, decollavano ogni volta. Le implicazioni per determinare la struttura del cervello sono importanti. Non solo saremmo in grado di individuare lentamente i percorsi neurali per determinati comportamenti, ma potremmo anche utilizzare queste informazioni per aiutare le vittime di ictus e i pazienti affetti da malattie cerebrali e incidenti. Gero Miesenböck dell'Università di Oxford e i suoi colleghi sono stati in grado di identificare i meccanismi neurali degli animali in questo modo. Possono studiare non solo le vie del riflesso di fuga nei moscerini della frutta, ma anche i riflessi coinvolti nell'olfatto. Hanno studiato i percorsi che governano la ricerca di cibo nei nematodi. Hanno studiato i neuroni coinvolti nel processo decisionale nei topi. Hanno scoperto che mentre nei moscerini della frutta solo due neuroni erano coinvolti in comportamenti intriganti, nei topi quasi 300 neuroni venivano attivati ​​per il processo decisionale.