Arrivano i Cyborg, Intelligenza artificiale accoppiata con Cellule cerebrali umane

Se leggete e credete ai titoli dei giornali, sembra che gli scienziati siano molto vicini alla possibilità di fondere il cervello umano con l’intelligenza artificiale. A metà dicembre 2023, un articolo di Nature Electronics ha scatenato un’ondata di entusiasmo per i progressi compiuti su questo fronte transumano:

“‘Biocomputer’ combina tessuto cerebrale coltivato in laboratorio con hardware elettronico”

“Un sistema che integra le cellule cerebrali in una macchina ibrida può riconoscere le voci”

“Brainoware: Pioniere della fusione tra intelligenza artificiale e organoidi cerebrali”.

Gli scienziati stanno cercando di iniettare tessuto cerebrale umano nelle reti artificiali perché l’intelligenza artificiale non funziona così bene come siamo stati portati a pensare. L’intelligenza artificiale utilizza un’enorme quantità di energia per il suo tipo di elaborazione parallela, mentre il cervello umano impiega circa la potenza di una lampadina per compiere imprese simili. I progettisti di IA stanno quindi cercando di cannibalizzare alcune parti dagli esseri umani per far funzionare le reti artificiali con la stessa efficienza dei cervelli umani. Ma lasciamo da parte per il momento le carenze dell’IA ed esaminiamo questa nuova innovazione cyborg.

La scoperta nel campo della biocomputazione riportata da Hongwei Cai et al. su Nature Electronics riguarda la creazione di un organoide cerebrale. Si tratta di una sfera di cellule staminali coltivate artificialmente che sono state indotte a svilupparsi in neuroni.

Le cellule non vengono prelevate dal cervello di una persona, il che ci solleva da alcune preoccupazioni etiche. Ma poiché questo grumo di neuroni non ha vasi sanguigni, come il normale tessuto cerebrale, l’organoide non può sopravvivere a lungo. Quindi, in ultima analisi, la prospettiva di addestrare gli organoidi su insiemi di dati non sembra al momento praticabile, dal punto di vista economico.

Ma questo non fermerà la ricerca: la spinta a integrare perfettamente biologia e tecnologia è forte. Ma si può fare? E perché così tanti ricercatori e agenzie di finanziamento pensano che sia possibile?

SPERANZE TRANSUMANE

Alla base delle speranze di un transumanista c’è una filosofia del materialismo che segue una logica più o meno così: i sistemi viventi sono composti da materia ed energia: le interazioni di tutta la materia e l’energia possono essere rappresentate in codice, e il materiale usato per creare biohardware dovrebbe essere irrilevante e può essere sintetico.

Con questi presupposti, i transumanisti sono fiduciosi di poter imparare a migliorare l'”hardware” biologico con materiali non biologici e a riprogrammare il “software” biologico, dopo averne decifrato il “codice”, e a combinarlo con l’elettronica per aumentare le capacità umane.

Quando i ricercatori integrano il tessuto cerebrale in una rete artificiale, lo trattano come se fosse l’hardware con cui sono abituati a lavorare: vedono ogni neurone come se fosse acceso o spento, come un interruttore elettronico, e vedono i dendriti che si collegano ad altri neuroni come dei fili.

Le connessioni più forti tra i neuroni vengono “pesate”, in senso statistico, attraverso interazioni ripetute differenziali.

Non a caso, se queste persone cervellotiche esercitassero la loro influenza nel campo dell’istruzione, tratterebbero gli studenti come reti neurali che possono essere programmate con la registrazione mnemonica, e presumerebbero di poter innescare meglio la risposta desiderata semplicemente applicando premi e punizioni. Questa tecnica produce automi, non pensatori critici. Ma questa è un’altra storia.

GLI ORGANOIDI POTREBBERO AVERE UN DIVERSO TIPO DI INTELLIGENZA

Se i ricercatori pensano ai sistemi viventi come a computer digitalizzati, avranno problemi con i loro organoidi. E se i neuroni elaborassero le informazioni in modo molto diverso da come fanno le reti neurali artificiali? E se i neuroni comunicassero tra loro propagando onde bioelettriche attraverso un mezzo? E se, quando sparano, fosse come se le gocce di pioggia creassero anelli concentrici in una pozza d’acqua, con gli anelli concentrici che si scontrano creando modelli di interferenza? E se fosse complicato?

I ricercatori del mio campo, la biosemiotica, si stanno ponendo queste domande e, nella loro visione dell’attività cerebrale, i neuroni non sono solo collegati come con dei fili, ma sono coordinati tra loro in virtù del loro ambiente condiviso. Quando un cervello umano ha un pensiero, onde bioelettriche tridimensionali investono il tessuto, creando connessioni virtuali: i gruppi interessati dall’onda diventano momentaneamente coordinati. Non credo che ci sia un processo analogo in una rete neurale artificiale, dove la fluidità è solo una metafora e la struttura del sistema è molto più fragile e fissa.

Un sistema incredibilmente complesso come un organoide non può essere compreso meglio se lo si pensa in termini di un sistema meno complesso come un circuito stampato. Ogni neurone ha il vantaggio di miliardi di anni di evoluzione; le condizioni ambientali possono innescare il DNA per produrre una varietà di proteine per ogni tipo di utilizzo. Ogni cellula è dotata di piccoli organelli complessi (che discendono da creature protiste in libertà!) per gestire l’elaborazione di ogni sorta di segnali diversi provenienti dall’esterno. Ogni cellula ha recettori e piccoli pori ionici che filtrano i segnali.

Ma non sono un bio-snob. I computer sono strumenti incredibili nelle mani delle persone, ma i computer digitali possono/devono essere strumenti all’interno delle teste delle persone o il tessuto cerebrale può/deve essere incorporato nei computer digitali?

BRAINOWARE: COME FUNZIONA

La configurazione dell’invenzione descritta nell’articolo di Nature Electronics è straordinariamente semplice. L’organoide viene posizionato su un array multielettrodo (MEA) 2D ad alta densità, che emette impulsi elettrici, ai quali i neuroni dell’organoide rispondono producendo i propri schemi elettrici. Questo dispositivo è stato chiamato “Brainoware” ed è in grado di riconoscere le voci.

In primo luogo, le registrazioni vocali vengono effettuate e digitalizzate in un modello 2D che può essere modellato sul MEA 2D. Questo modello vocale digitalizzato è l’input utilizzato per stimolare l’organoide cerebrale che, a sua volta, produce un modello che riflette sia il modello vocale sia la struttura interna della dinamica dell’organoide stesso. I neuroni stimolano e sono stimolati da altri neuroni in modo non lineare, cioè alcune caratteristiche possono essere smorzate, altre amplificate.

L’illustrazione dell’impostazione qui sopra è tratta dall’articolo vero e proprio, non da una versione per lettori prescolari dell’articolo.

L’esperimento è stato dichiarato un successo quando, dopo l’addestramento, l’organoide ha migliorato la sua capacità di distinguere i suoni vocalici di un oratore maschio da altri sette oratori maschi e femmine. Prima dell’addestramento, il sistema era in grado di distinguere il parlante nel 51% dei casi, mentre dopo l’addestramento la precisione era del 78%.

MA ASPETTATE!

Prima di entusiasmarci troppo per questo successo di fusione tra uomo e macchina, utilizzando cellule cerebrali asservite per costruire un computer in grado di origliare le nostre conversazioni, faccio notare che più di vent’anni fa è stato fatto un esperimento molto simile con un secchio d’acqua perturbato che svolgeva un ruolo simile a quello dell’organoide cerebrale.

In quell’esperimento, l’acqua è stata utilizzata per distinguere le registrazioni vocali delle parole “Uno” e “Zero”, con un tasso di errore di appena l’1,5%. Di seguito è riportata un’immagine dei modelli tridimensionalidelle parole pronunciate da questi ricercatori.

Ritengo che i ricercatori di Brainoware non stiano sfruttando appieno il potenziale di un neurone, se un secchio d’acqua può “elaborare” le informazioni meglio di un organoide cerebrale. È un po’ come usare le raccolte di opere di Shakespeare come fermaporta.

In “Pattern Recognition in a Bucket”, Chrisantha Fernando e Sampso Sojakka notano che esperimenti simili sono stati condotti presso l’Unconventional Computing Laboratory, gestito dal diabolico Andy Adamatzky dell’Università del West of England, a Bristol, nel Regno Unito. Da molti anni Adamatsky utilizza sostanze chimiche (che formano onde di reazione-diffusione) e muffe di melma per eseguire calcoli e agire come serbatoi di memoria.

CHE COS’È UN SERBATOIO PER COMPUTER?

Per me, filosofo della scienza che ha iniziato con la teoria letteraria, leggere articoli di informatica ricorda la lettura di Jacques Lacan e Derrida; c’è un sacco di terminologia inutilmente opaca che copre affermazioni piuttosto banali.

Deduco che un serbatoio può essere qualsiasi tipo di sistema fisico costituito da singole unità che possono interagire tra loro in modo non lineare, e queste unità devono poter essere modificate dall’interazione. A quanto pare, anche un secchio d’acqua può funzionare come serbatoio. Miguel Soriano lo spiega in questo modo in “Viewpoint: Il calcolo a bacino accelera”.

I serbatoi sono in grado di immagazzinare informazioni collegando le unità in cicli ricorrenti, in cui l’input precedente influenza la risposta successiva. Il cambiamento di reazione dovuto al passato permette ai computer di essere addestrati a completare compiti specifici.

Spero che sia d’aiuto.

I serbatoi vengono anche chiamati “scatole nere” perché i ricercatori non conoscono (o non devono conoscere) le complesse dinamiche che avvengono durante la trasformazione dell’input in output.

Poiché ogni parola pronunciata non è mai la stessa due volte, un sistema non lineare deve elaborare il suono in modo da catturare l’essenza di ciò che è e da poter identificare la stessa parola più volte in contesti molto diversi.

Riprogettazione del computer?

La fantascienza è spesso in anticipo sulla ricerca reale. Nel film Ex Machina, la donna fatale ha un cervello artificiale fatto di gel, non di chip di silicio e interruttori elettronici. Potrebbe essere uscito dal laboratorio di informatica non convenzionale di Adamatsky.

Uno dei miei colleghi, J. Augustus Bacigalupi, nel 2012 ha proposto una riprogettazione del computer chiamata Synthetic Cognition (cognizione sintetica), basata sulla comprensione che l’elaborazione biologica delle informazioni assomiglia un po’ di più a questo:

di questo:

Bacigalupi ha immaginato un terreno che emerge nel mezzo tra i neuroni e ha immaginato che l’intersezione dei segnali diffusi, l’interferenza, possa essere sfruttata come un segnale utile. Egli suggerisce che un approccio così diverso renderebbe i computer molto più efficienti, in quanto integrerebbero naturalmente e gratuitamente più segnali.

Da quella prima conferenza sulla cognizione sintetica, poco seguita (mentre le conferenze TED di Nicholas Negroponte del MIT Media Lab – che pensa che presto saremo in grado di ingerire Shakespeare digitalizzato come una pillola – ottengono molte più visualizzazioni), Bacigalupi ha continuato a specializzarsi in biosemiotica, scrivendo articoli con me e con il nostro collega comune, Don Favareau, come l’ultimo sul Journal of Physiology.

Una dozzina di anni fa Bacigalupi vedeva i cyborg nel nostro futuro, se avessimo utilizzato la nuova tecnologia da lui proposta, in grado di sfruttare le peculiarità degli organoidi cerebrali e delle muffe melmose.

Ma l’integrazione tra uomo e macchina deve affrontare sfide banali, come la putrefazione della materia organica e l’infiammazione delle cellule a contatto con le varie sostanze chimiche dei dispositivi elettronici.

C’è un motivo per cui la maggior parte dei primati Neuralinked di Elon Musk non ce l’ha fatta. Un problema simile è quello degli effetti collaterali non voluti (speriamo!) degli interventi farmacologici di sintesi, che sono la rovina dell’industria. Le cellule biologiche tendono a interpretare i segni, non a decifrare rigorosamente il codice. Questa flessibilità permette la creatività adattativa, ma anche esiti terribili e imprevedibili, come ad esempio varie malattie autoimmuni.

Anche tecnologie transumane relativamente semplici, come pacemaker e protesi d’anca, possono provocare in alcune persone reazioni allergiche ai metalli.

Non vedo il motivo di cannibalizzare la biologia per permettere agli informatici di far superare meglio il Test di Turing ai robot.

Vedo, ad esempio, il team Artemis della NASA che utilizza una tecnologia riprogettata per creare robot migliori, la cui propriocezione si avvale di un mezzo fluido in grado di generare schemi di interferenza che lo aiutano a orientarsi durante l’esplorazione della superficie lunare.

Imitare il modo in cui gli organismi biologici elaborano le informazioni per creare strumenti migliori, più affidabili ed efficienti, sembra un’operazione di buon senso.

Ma non vedo il motivo di far sembrare umani gli strumenti o di mescolare parti umane ed elettroniche.

SCHIAVI DEL COMPUTER

Come chiarisce Ian McEwan nel suo romanzo del 2019, Macchine come me, lo scopo di creare un robot umanoide è quello di usarlo come giocattolo sessuale e come lavastoviglie. La spinta a disumanizzare le persone in cyborg o a umanizzare i robot deriva probabilmente dal fatto che non è più considerato accettabile ridurre in schiavitù gli esseri umani comuni (o i coniugi).

Sospetto che coloro che vogliono un computer umanoide vogliano un compagno perfetto, che sappia tutto del padrone, che sia in grado di anticipare ogni suo pensiero e ogni sua mossa e che risponda di conseguenza. Una tale perfezione in un compagno non gli permette di esprimere le proprie opinioni o di elaborare i propri obiettivi e scopi.

Vale la pena di andare oltre il clamore dei titoli dei giornali per approfondire questi temi. Così facendo, possiamo imparare molto su noi stessi. Conduco un webinar mensile intitolato We Are not Machines (Non siamo macchine) attraverso l’IPAK-EDU, in cui io e i miei studenti esploriamo questo tipo di questioni.

Nonostante alcuni sforzi concertati per terrorizzarci, non credo che stiamo per essere sostituiti nella forza lavoro (solo i lavori di merda se ne andranno) e non credo che i computer saranno in grado da un momento all’altro di prendere il sopravvento e di trasformarci in operai-robot o in batterie.

Siete straordinari così come siete, con i vostri neuroni strambi e il vostro cervello viscoso. E se perfezioniamo i nostri strumenti esterni e li usiamo con saggezza, possiamo essere ancora migliori.

Tradotto dall’inglese da Piero Cammerinesi per LiberoPensare

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