I ricercatori Mathias Lechner, Ramin Hasani e Radu Grosu della Vienna University of Technology (VUT) hanno messo il cervello del C. elegans (verme nematode) su un circuito stampato, ora lo stanno addestrando a eseguire compiti senza una singola riga di codice.
C. elegans molto semplice da osservare, raggiunge poco meno di un millimetro di lunghezza, non solo è piccolo, questo nematode è unico e di eccezionale valore per la scienza: è l’unico essere vivente il cui sistema neurale è stato completamente analizzato e mappato. In altre parole, il suo cervello senza perdere nessuna delle sue funzioni può essere inserito in uno schema circuitale o riprodotto da un software per computer, in modo che la sua attività neurale sia simulata da un programma per computer.
I ricercatori del VUT hanno “copiato e incollato” il suo cervello in un computer, creando una copia virtuale di quest’organismo, reagisce agli stimoli allo stesso modo della vita reale. I ricercatori ora sono impegnati in un laborioso lavoro di addestramento di questo “digital verme” per far svolgere altri semplici compiti, ha già la padronanza della normale prova informatica di bilanciare un palo.
Il comportamento riflessivo del verme come codice del computer
Il nostro cervello rischia di essere spontaneamente copiato? No. I ricercatori sono stati in grado di mappare i sistemi neurali di C. elegans proprio perché è abbastanza semplice: può cavarsela con appena 300 neuroni, potenza di elaborazione sufficiente al verme per muoversi nel suo ambiente, catturare i batteri per la cena e reagire a determinati stimoli esterni, come il tocco sul suo corpo (attiva una risposta riflessiva, il verme si allontana. Il suo naturale comportamento è molto simile a quello richiesto da questo test – vedi figura).
Il comportamento del verme è codificato nelle cellule nervose, governato dalla forza delle connessioni tra questi neuroni. Ricreato su un computer, questo semplice percorso riflessivo funziona allo stesso modo della sua controparte biologica – non perché è stato programmato per farlo, ma perché questo comportamento è cablato nella sua rete neurale.
Ramin Hasani co-autore dello studio ha detto:
«La risposta riflessiva di un tale circuito neurale è molto simile alla reazione di un agente di controllo che equilibra un polo».
Il bilanciamento polare in informatica è un tipico processo di controllo, si tratta di un palo, fissato sulla sua estremità inferiore su un oggetto in movimento, che il dispositivo deve mantenere in posizione verticale: nel tentativo di impedirgli di ribaltarsi, sposta leggermente l’oggetto ogni volta che il palo inizia a inclinarsi.
I controller standard non hanno molti problemi a superare questo test. Lo studio funzionalmente è simile ai processi che il sistema neurale del nematode deve gestire in natura – muoversi quando è registrato uno stimolo. Il team di ricercatori voleva vedere se poteva risolvere il problema senza aggiungere altro codice o neuroni, semplicemente sintonizzando la forza delle connessioni tra le cellule. Hanno scelto questo parametro finale basandosi sul fatto che lo spostamento della forza sinaptica è la caratteristica di ogni naturale processo di apprendimento.
Mathias Lechner primo autore dello studio ha detto:
«La rete di riflessi artificiali con l’aiuto dell’apprendimento per rinforzo, un metodo noto anche come “apprendimento basato sull’esperimento e la ricompensa”, sul computer è stata addestrata e ottimizzata. Il risultato è un controller, che può risolvere un problema di tecnologia standard, stabilizzando un palo, bilanciato sulla sua estremità. Nessun essere umano ha scritto una riga di codice per questo controller, appena emerso dalla formazione di un biologico sistema nervoso».
Il team dopo aver stabilito che il metodo funziona ha progettato di sondare altre capacità di simili circuiti. La ricerca ha sollevato alcune questioni di grande impatto: l’apprendimento meccanico e i nostri processi cerebrali sono fondamentalmente gli stessi? In caso affermativo, l’intelligenza del silicone è meno preziosa o “viva” delle intelligenze biologiche?
Per ora non è dato sapere se il verme C. elegans è preoccupato di vivere come un verme nel terreno o come un elemento virtuale di cifre binarie 0 e 1 su un computer a Vienna.
Il documento “Worm-level Control through Search-based Reinforcement” è stato pubblicato su arXiv.
