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Scienza e Tecnologia

Restare vivi

today16 Aprile 2018

Background
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Siamo già in grado di aumentare le capacità del corpo umano grazie alla plasticità neurale, tuttavia, per quanto si possa migliorare noi stessi, c’è un intoppo difficile da superare: il nostro corpo e il nostro cervello sono composti di materiale fisico deperibile, che si consuma e muore. Verrà il momento in cui tutta la nostra attività neurologica si bloccherà e allora la straordinaria esperienza della consapevolezza avrà fine. Non contano le nostre conoscenze e le nostre attività: questo è il destino di tutti noi. In effetti, è il destino di ogni creatura, ma solo gli esseri umani ne sono consci e soffrono in anticipo per questa consapevolezza.
Non tutti si rassegnano alla sofferenza, alcuni hanno scelto di combattere lo spettro della morte. Sparsi qua e là ci sono gruppi di ricercatori interessati all’idea che una migliore conoscenza della biologia umana potrebbe risolvere adeguatamente il problema della nostra mortalità
Negli ultimi cinquant’anni, la Alcor Life Extension Foundation ha sviluppato una tecnologia che, secondo quanto affermano, permetterà alle persone oggi in vita di godere più avanti di un secondo ciclo vitale. Attualmente l’organizzazione conserva 129 persone in un congelatore che ne previene il decadimento biologico: attuano, insomma, una vera e propria crioconservazione (per chi avesse visto il film Vanilla Sky, con Tom Cruise, Penélope Cruz e Cameron Diaz, forse ha ben presente di cosa sto parlando).
Non tutti quelli che aspirano a un prolungamento dell’esistenza considerano la criopreservazione con entusiasmo. Alcuni si sono indirizzati verso una diversa linea d’indagine: si potrebbero trovare altre vie per avere accesso alle informazioni contenute in un cervello? Invece di resuscitare una persona defunta, si potrebbe trovare il modo per leggere direttamente le informazioni. Dopotutto, la capillare struttura submicroscopica del cervello contiene tutto il nostro sapere e i nostri ricordi; allora perché non dovrebbe essere possibile decifrare quel patrimonio di dati?
Prendiamo in considerazione come si potrebbe procedere. Tanto per cominciare l’archiviazione dei dati particolareggiati del cervello di un individuo richiederebbe l’uso di potentissimi computer. Per fortuna, la straordinaria evoluzione di computer sempre più potenti lascia intravedere una tale possibilità: negli ultimi vent’anni la potenza di elaborazione dei computer è aumentata più di mille volte. Ogni 18 mesi la potenza di elaborazione dei chip è raddoppiata, e si tratta di un trend di crescita. Le tecnologie della nostra era ci permettono di immagazzinare un’incredibile quantità di dati e di eseguire un’incredibile mole di simulazioni.
Grazie al nostro potenziale computazionale, potremo forse un giorno scannerizzare una copia funzionante del cervello umano e trasferirlo nel substrato di un computer. In teoria, nulla potrebbe precludere questa possibilità. Tuttavia, si tratta di una sfida che va valutata realisticamente.
Un cervello normale ha circa 86 miliardi di neuroni, ciascuno dei quali effettua circa diecimila connessioni. Le connessioni avvengono in modo specifico e unico per ogni persona. Le vostre esperienze, i vostri ricordi, tutto ciò che forma la vostra personalità è rappresentato dalla struttura individuale dei milioni di miliardi di connessioni tra le vostre cellule neurali. Questa struttura, troppo grande per essere compresa, viene sintetizzata dalla parola “connettoma”. A Princeton, il dottor Sebastian Seung e la sua équipe, hanno intrapreso un ambizioso progetto: portare alla luce i più piccoli particolari del connettoma.
Di fronte a un sistema microscopico e complesso come questo, risulta difficilissimo fare una mappa della rete connettiva. Seung si serve della microscopia elettronica a scansione che prevene l’uso di sottilissime fette di tessuto cerebrale, ottenute con una lama di grande precisione. Ogni fetta viene suddivisa in minuscole aree, ciascuna delle quali viene scannerizzata da un potentissimo microscopio elettronico. Il risultato di ogni scannerizzazione è un’immagine nota come micrografia elettronica a scansione, che rappresenta un segmento del cervello ingrandito centomila volte. A una tale alta risoluzione, è possibile individuare le più piccole caratteristiche del cervello. 
Una volta inserite le fette nel computer, ha inizio il lavoro più difficile. Una fetta alla volta, si tracciano i confini delle cellule, tradizionalmente a mano, ma sempre più spesso usando algoritmi del computer. Poi le immagini sono impilate una sull’altra e si prova a connettere per intero le cellule individuali attraverso le fette, per evidenziarle in tutta la loro gloria tri-dimensionale. Con questo metodo meticoloso si ottiene un modello che mostra cosa si connette a cosa.
Questo denso ammasso di connessioni, simile a un piatto di spaghetti, è largo solo alcuni nanometri, e ha la dimensione di una capocchia di spillo. Perciò si può capire perché la ricostruzione del quadro completo di tutte le connessioni di un cervello umano sia un compito così difficile. Tra l’altro non abbiamo nessuna speranza di portarlo a compimento nel breve termine. La quantità di informazioni necessarie è mastodontica: archiviare la composizione, in alta risoluzione, di un singolo cervello umano richiederebbe una capacità di uno zettabyte. Attualmente avrebbe la stessa dimensione dell’intero contenuto digitale mondiale.
Proiettiamoci nel futuro e immaginiamo di poter ottenere la scannerizzazione del vostro connettoma. Basterebbero quelle informazioni per rappresentare ciò che voi siete? Questa istantanea dell’intero circuito elettrico del vostro cervello potrebbe avere davvero consapevolezza, la vostra consapevolezza? Probabilmente no. Dopotutto lo schema elettrico (che ci mostra che cosa si connette a cosa) rappresenta solo la metà della magia che rende funzionante il cervello. L’altra metà è tutta quella attività elettrica e chimica che scorre sopra tutte quelle connessioni. L’alchimia del pensiero, del sentimento, della consapevolezza scaturisce dal milione di miliardi di interazioni che avvengono in ogni secondo tra le cellule del cervello: dal rilascio delle sostanze chimiche ai cambiamenti di forma delle proteine, ai viaggi delle onde dell’attività elettrica lungo gli assoni dei neuroni.
Prendete in considerazione l’enorme estensione del connettoma e moltiplicatela per il gran numero di cose che avvengono, in ogni secondo, in ognuna di quelle connessioni e avrete una pallida idea della complessità del problema. Sfortunatamente per noi, i sistemi di quest’ordine di grandezza non possono essere concepiti da un cervello umano. Fortunatamente per noi, la nostra potenza computazionale sta andando nella giusta direzione per aprire la porta a una possibilità: la simulazione del sistema. La sfida futura consisterà non solo nel leggere il sistema ma nel farlo funzionare.
Una tale simulazione è proprio quanto sta cercando di creare una squadra di ricercatori della Ècole polytechnique fédérale di Losanna (EPFL), in svizzera. Il loro obiettivo è di far nascere entro il 2023 un’infrastruttura di hardware e software in grado di far funzionare una simulazione di un intero cervello umano. Lo Human Brain Project è un’ambiziosa missione di ricerca che raccoglie i dati da tutti i laboratori di neuroscienze del pianeta, includendo quelli sulle cellule individuali (il loro contenuto e la loro struttura), i dati sul connettoma e le informazioni sui modelli di attività su larga scala in gruppi di neuroni. Molto lentamente, un esperimento alla volta, ogni nuova scoperta, in ogni parte del globo, aggiunge un piccolo pezzo gigantesco di puzzle. Scopo della Human Brain Project è quello di ottenere una simulazione del cervello che usi i neuroni in tutti i loro dettagli, riproducendone realisticamente la struttura e il comportamento. Nonostante l’ambizioso proposito e un contributo di un miliardo di euro da parte dell’Unione Europea, Il cervello umano rimane totalmente irraggiungibile. Per ora si cercherà di costruire la simulazione del cervello di un topo. Siano solo agli inizi dei nostri sforzi per mappare e ottenere la simulazione di un cervello umano completo, ma non ci sono ragioni teoriche che ne impediscano la realizzazione. Rimane, però, una domanda fondamentale: una simulazione funzionante del cervello sarà dotata di consapevolezza? Se tutti i particolari fossero catturati e simulati correttamente, saremmo di fronte a un essere senziente? Sarebbe in grado di pensare ed essere consapevole? Ma di questo ne discuteremo la settimana prossima.

Di Andrea Valitutti

Written by: Redazione

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