Sinapsi artificiale capace di apprendere: realtà o fantasia?

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Intelligenze artificiali, robot pensanti, sinapsi create in laboratorio. Siamo di fronte al tentativo mostruoso di stravolgere le leggi della natura o dinanzi a un progresso tecnologico che si fa sempre più interessante?

È quello che ci si potrebbe chiedere dinanzi alla notizia apparsa agli inizi di aprile sulla nota rivista scientifica “Nature Communications”.

Imparare attraverso il dominio ferroelettrico in una sinapsi allo stato solido”, questo il titolo dell’articolo che rende noto il progetto con cui i ricercatori del CNRS, guidati dalla dott.ssa Julie Grollier, insieme alle Università di Bordeaux, di Paris-Sud e di Evry hanno creato una sinapsi artificiale capace di imparare autonomamente: Memristor (dalle parole “memory” e “transistor).

Le sinapsi e l’apprendimento

Solo nell’encefalo vi sono 100 miliardi di neuroni. È evidente quanto sofisticato ed efficiente debba essere il meccanismo che permette la comunicazione di così tanti elementi tra loro. Centro di tale comunicazione sono le sinapsi: strutture altamente specializzate atte alla trasmissione di informazioni chimiche ed elettriche da un neurone al successivo nel contesto dei circuiti neuronali.

L’acquisizione di nuovi comportamenti attraverso l’esperienza, ovvero quello che noi chiamiamo “apprendimento”, è uno dei numerosissimi processi neurofisiologici di cui le sinapsi sono protagoniste.

Nel nostro cervello la base fisiologica dell’apprendimento e di altri processi di plasticità cerebrale è proprio la capacità di modificare strutturalmente e funzionalmente le connessioni sinaptiche (plasticità sinaptica).

Il lavoro francese

Questo il punto di partenza che, come si legge dall’abstract, ha ispirato i ricercatori francesi:

 L’apprendimento si ottiene attraverso la capacità delle sinapsi di riconfigurare le connessioni tra i neuroni

La Memristor, così come progettata e realizzata, è costituita da un sottile strato ferroelettrico inserito tra due elettrodi, la cui resistenza è regolabile mediante impulsi di tensione.

Questa sinapsi artificiale presenta una conduttanza (espressione di quanto una sostanza si lasci attraversare da una corrente elettrica continua), che può essere finemente regolata da impulsi di tensione, analoghi a quelli dei neuroni. E’ capace di equilibrare la conducibilità degli impulsi da cui è attraversata secondo una regola biologica di apprendimento nota come plasticità sinaptica dipendente dalla distribuzione temporale degli impulsi (STDP).

Se la resistenza è bassa, la connessione sinapticaè forte e se la resistenza è alta, la connessione è debole. Più la sinapsi viene stimolata più la connessione è rafforzata,  più la connessione è rafforzata, più l’apprendimento è migliorato.

È proprio la capacità di adattamento della resistenza che permette alle sinapsi di imparare. Lo strato ferroelettrico, cioè dotato di una polarizzazione elettrica è in grado di “memorizzare” e poi “ricordare”, anche quando è spento, la quantità di corrente elettrica che lo ha percorso.

Un modello complesso

In realtà, quello francese non è il primo team che lavora al progetto di una sinapsi artificiale. Altri laboratori, infatti, ne hanno messe a punto varie, tuttavia fino ad oggi il comune denominatore di tutti i tentativi è rimasto la difficoltà di comprensione esatta del meccanismo di plasticità a breve termine.

Si tratta dell’ostacolo che i ricercatori francesi e americani hanno cercato di arginare completando il progetto con la costruzione di un modello fisico che cerca di spiegare le dinamiche del funzionamento sinaptico.

I risultati della ricerca, come si legge dallo studio originale aprono la strada verso l’implementazione di hardware a basso consumo di miliardi di sinapsi artificiali affidabili e prevedibili nei futuri computer ispirati al cervello.

Le implicazioni etico-morali

Nello studio si legge che le future reti neuronali artificiali comprenderanno miliardi di queste nanosinapsi. Tuttavia, studi come questo se da una parte alimentano incredibili prospettive per il futuro, dall’altra pongono tutti davanti a considerazioni etiche assai complesse.

Il mondo delle Intelligenze Artificiali si rivela, infatti, sempre più eccitante. Ci saranno cervelli usciti da un laboratorio? Potremo manipolare i pensieri? Le azioni? Le emozioni? Forse niente di tutto ciò.

È questa la sfida del futuro: comprendere, senza demonizzare, come rilevanti problematiche sociali possano essere più facilmente affrontate, come le attività quotidiane possano essere svolte con più facilità, come, addirittura, la salute e il benessere possano trarre innumerevoli vantaggi dal progresso scientifico.

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