Il progetto cervello umano si propone di simulare al computer il funzionamento di 89 miliardi di neuroni e di 100000 miliardi di connessioni del nostro cervello. Dai singoli segnali chimici alle intere regioni cerebrali, tutti i livelli funzionali del cervello verranno ricreati al computer. Immagine ripresa e modificata da Markram, 2012.

La costruzione di questa immensa simulazione del funzionamento del cervello umano non servirà soltanto per arrivare a curare malattie neurologiche devastanti, ma sarà di ispirazione per la progettazione di una nuova generazione di computer più potenti e più efficienti. Gli scienziati stanno infatti pensando di progettare calcolatori che imitino l'efficienza energetica del nostro cervello. Ma, per arrivare ad ottenere un simulatore del nostro cervello servirà una potenza di calcolo enorme. I supercomputer attuali hanno prestazioni misurate in petaflop, un milione di miliardi di operazioni logiche al secondo. La prossima generazione di supercomputer, prevista per il 2020, avrà una velocità misurata in exaflop, un miliardo di miliardi di operazioni al secondo. Purtroppo si stima che questi computer avranno bisogno di 20 megawatt di potenza, quella necessaria per un intero villaggio in inverno!!! Il cervello per svolgere le sue intelligenti funzioni consuma solo 20 watt, una potenza un milione di volte inferiore a quella dei supercomputer del futuro... E allora ci sembra giusto cercare di copiare il cervello, non vi pare?
Per cominciare gli scienziati hanno ricreato al computer la cosiddetta colonna corticale. Di cosa si tratta? E' l'equivalente del processore di un computer portatile, un insieme di poche centinaia di migliaia di neuroni organizzati in una struttura cilindrica di circa 0,5 mm di diametro e 1,5 mm di altezza, presente nella corteccia cerebrale. Si tratta di un modulo funzionale della corteccia cerebrale, un'unità di eleborazione dell'informazione che l'evoluzione, scoperta l'efficienza funzionale, ha ripetuto tante volte fino ad esaurire lo spazio nel cervello, tanto che questo si è dovuto ripiegare su stesso a formare le famose circonvoluzioni. Ebbene gli scienziati sono partiti proprio dal riprodurre una colonna corticale del cervello di un ratto neonato e ci sono riusciti. I ricercatori hanno studiato una colonna cerebrale in vivo e l'hanno confrontata con quella sintetica, riprodotta al computer. Il risultato esaltante è stato che stimolando la colonna con un impulso elettrico simulato, i neuroni del modello informatico si sono messi a "dialogare", come facevano quelli del cervello di ratto in vivo!!! Ecco riprodotta una parte di cervello funzionante.

Per simulare il cervello umano serviranno computer sempre più potenti. La memoria di calcolo dovrà essere dell'ordine degli exabyte (1018 byte, un miliardo di miliardi, cioè un trilione di byte!!!). Immagine ripresa da Markram, 2012.

Se questo primo passo sarà seguito dallo sviluppo di simulazioni delle varie parti del cervello e dell'organo nel suo intero, le ripercussioni scientifiche e mediche saranno grandiose. I lunghi tempi degli esperimenti sulle cavie da laboratorio saranno solo un ricordo, diminuirà drasticamente il numero di animali usati per la ricerca e si potranno avere dei modelli delle varie malattie per fare ipotesi e verificarle in tempi molto più brevi.
Certo è che servirà un'enorme capacità di calcolo. Ma le conoscenze sul nostro cervello avranno delle ricadute dirette sulla progettazione dei computer necessari per analizzarlo! L'evoluzione ha prodotto un cervello umano elestico e resistente, capace di eseguire molteplici attività rapidamente e simultaneamente e tutto consumando l' energia di una lampadina. Oggi sappiamo che la corteccia cerebrale dei bambini si forma mediante proliferazione, migrazione e potatura dei neuroni. Le connessioni tra neuroni che si formano grazie alle diverse esperienze del bambino fanno il resto. Tutto ciò costituisce la plasticità del nostro cervello. Ed è proprio questa plasticità che ci rende capaci di poter effettuare calcoli complicatissimi, di ammirare il chiaroscuro di un Caravaggio o di scrivere sinfonie sublimi per le nostre orecchie.
La sfida è dunque quella di costruire supercomputer che si ispirino al funzionamento del nostro cervello per poi riuscire a comprenderlo meglio!!! Sembra un cane che si mangia la coda, ma come sempre crediamo nella scienza!!!

Manuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it)