cervello su un computer
  • Categoria dell'articolo:Curiosità / Scienza
  • Ultima modifica dell'articolo:10 Giugno 2022

Spesso immaginiamo che la coscienza umana sia semplice come un input e un output di segnali elettrici all’interno di una rete di unità di elaborazione, quindi paragonabile a un computer. La realtà, tuttavia, è molto più complicata. Per cominciare, in realtà non sappiamo quante informazioni può contenere il cervello umano.

Due anni fa, un team dell’Allen Institute for Brain Science di Seattle, negli Stati Uniti, ha mappato la struttura 3D di tutti i neuroni (cellule cerebrali) compresi in un millimetro cubo del cervello di un topo, una pietra miliare considerata straordinaria.

All’interno di questo minuscolo cubo di tessuto cerebrale, delle dimensioni di un granello di sabbia, i ricercatori hanno contato più di 100.000 neuroni e più di un miliardo di connessioni tra di loro. Sono riusciti a registrare le informazioni corrispondenti sui computer, inclusa la forma e la configurazione di ciascun neurone e connessione, che richiedeva due petabyte o due milioni di gigabyte di spazio di archiviazione. E per fare ciò, i loro microscopi automatizzati hanno dovuto raccogliere 100 milioni di immagini di 25.000 fette del minuscolo campione continuamente per diversi mesi.

Ora, se questo è ciò che serve per memorizzare tutte le informazioni fisiche dei neuroni e delle loro connessioni in un millimetro cubo di cervello di topo, puoi forse immaginare che la raccolta di queste informazioni dal cervello umano non sarà una passeggiata.

L’estrazione e l’archiviazione dei dati, tuttavia, non è l’unica sfida. Affinché un computer assomigli alla modalità di funzionamento del cervello, dovrebbe accedere a tutte le informazioni memorizzate in un lasso di tempo molto breve: le informazioni dovrebbero essere archiviate nella sua memoria ad accesso casuale (RAM), piuttosto che sulla tradizionale dischi rigidi. Ma se provassimo a memorizzare la quantità di dati raccolti dai ricercatori nella RAM di un computer, occuperebbe 12,5 volte la capacità del più grande computer a memoria singola (un computer basato sulla memoria, anziché sull’elaborazione) mai costruito.

Il cervello umano contiene circa 100 miliardi di neuroni (tante quante le stelle che potrebbero essere contate nella Via Lattea), un milione di volte quelle contenute nel nostro millimetro cubo di cervello di topo. E il numero stimato di connessioni è uno sbalorditivo 1015. Cioè dieci seguito da 15 zeri, un numero paragonabile ai singoli granelli contenuti in uno strato di sabbia spesso due metri su una spiaggia lunga 1 km.

Una questione di spazio

Se non sappiamo nemmeno quanta memoria può contenere un cervello umano, puoi immaginare quanto sarebbe difficile trasferirla in un computer. Dovresti prima tradurre le informazioni in un codice che il computer può leggere e utilizzare una volta memorizzato. Qualsiasi errore nel farlo probabilmente si rivelerebbe fatale.

Una semplice regola per l’archiviazione delle informazioni è che devi assicurarti di avere spazio sufficiente per archiviare tutte le informazioni che devi trasferire prima di iniziare. In caso contrario, dovresti conoscere esattamente l’ordine di importanza delle informazioni che stai archiviando e come sono organizzate, il che è tutt’altro che il caso dei dati cerebrali.

Se non sai quante informazioni devi archiviare all’avvio, potresti esaurire lo spazio prima del completamento del trasferimento, il che potrebbe significare che la stringa di informazioni potrebbe essere danneggiata o impossibile da utilizzare per un computer. Inoltre, tutti i dati dovrebbero essere archiviati in almeno due (se non tre) copie, per prevenire le conseguenze disastrose di una potenziale perdita di dati.

Questo è solo un problema. Se stavi prestando attenzione quando ho descritto lo straordinario risultato dei ricercatori che sono riusciti a memorizzare completamente la struttura 3D della rete di neuroni in un minuscolo pezzo di cervello di topo, saprai che questo è stato fatto da 25.000 fette (estremamente sottili) di tessuto.

La stessa tecnica dovrebbe essere applicata al tuo cervello, perché solo informazioni molto grossolane possono essere recuperate dalle scansioni cerebrali. Le informazioni nel cervello sono memorizzate in ogni dettaglio della sua struttura fisica delle connessioni tra i neuroni: la loro dimensione e forma, nonché il numero e la posizione delle connessioni tra di loro. Ma acconsentiresti che il tuo cervello venga tagliato in quel modo?

Anche se fossi d’accordo sul fatto che il tuo cervello venga tagliato in fette estremamente sottili, è altamente improbabile che l’intero volume del tuo cervello possa mai essere tagliato con sufficiente precisione ed essere correttamente “rimontato”. Il cervello di un uomo ha un volume di circa 1,26 milioni di millimetri cubi.

Se non ti ho già dissuaso dal provare la procedura, considera cosa succede tenendo conto del tempo.

Una questione di tempo

Dopo la morte, i nostri cervelli subiscono rapidamente grandi cambiamenti sia chimici che strutturali. Quando i neuroni muoiono perdono presto la loro capacità di comunicare e le loro proprietà strutturali e funzionali vengono rapidamente modificate, il che significa che non mostrano più le proprietà che mostrano quando siamo vivi. Ma ancora più problematico è il fatto che il nostro cervello invecchia.

Dall’età di 20 anni perdiamo 85.000 neuroni al giorno. Ma non preoccupatevi (troppo), perdiamo perlopiù neuroni che non hanno trovato il loro impiego, non sono stati sollecitati a farsi coinvolgere in nessuna elaborazione delle informazioni. Questo innesca un programma di autodistruzione (chiamato apoptosi). In altre parole, diverse decine di migliaia dei nostri neuroni si uccidono ogni giorno. Altri neuroni muoiono a causa dell’esaurimento o dell’infezione.

Questo non è un grosso problema, però, perché abbiamo quasi 100 miliardi di neuroni all’età di 20 anni, e con un tale tasso di abbandono, abbiamo semplicemente perso il 2-3% dei nostri neuroni all’età di 80 anni. E a condizione che non contraiamo una malattia neurodegenerativa, il nostro cervello può ancora rappresentare il nostro stile di pensiero permanente a quell’età. Ma quale sarebbe l’età giusta per fermare, scansionare e archiviare?

Preferiresti conservare una mente di 80 anni o una di 20 anni? Tentare di immagazzinare la tua mente troppo presto mancherebbe molti ricordi ed esperienze che ti avrebbero definito in seguito. Ma poi, tentare il trasferimento su un computer troppo tardi correrebbe il rischio di immagazzinare una mente con demenza, che non “funziona” del tutto.

Quindi, dato che non sappiamo quanta memoria è necessaria, che non possiamo sperare di trovare tempo e risorse sufficienti per mappare interamente la struttura 3D di un intero cervello umano, che avremmo bisogno di tagliarlo in miliardi di minuscoli cubi e fette, e che è sostanzialmente impossibile decidere quando intraprendere il trasferimento, spero che ora siate convinti che probabilmente non sarà possibile per un bel po’, se mai. E se lo fosse, probabilmente non vorresti avventurarti in quella direzione. Ma nel caso tu sia ancora tentato, continuerò.

Una domanda su come

Forse il problema più grande che abbiamo è che, anche se potessimo realizzare l’impossibile e saltare i molti ostacoli discussi, sappiamo ancora molto poco sui meccanismi sottostanti. Immagina di essere riusciti a ricostruire la struttura completa dei cento miliardi di neuroni nel cervello insieme a tutte le connessioni tra di loro, e di essere stati in grado di memorizzare e trasferire questa quantità astronomica di dati in un computer in tre copie. Anche se potessimo accedere a queste informazioni su richiesta e istantaneamente, ci troveremmo comunque di fronte a una grande incognita: come funziona?

Dopo la domanda “cosa” (quali informazioni ci sono?) e la domanda “quando” (quando sarebbe il momento giusto per trasferire?), la più difficile è la domanda “come”. Non siamo troppo radicali. Sappiamo alcune cose. Sappiamo che i neuroni comunicano tra loro in base a cambiamenti elettrici locali, che viaggiano lungo le loro estensioni principali (dendriti e assoni). Questi possono trasferirsi da un neurone all’altro direttamente o tramite superfici di scambio chiamate sinapsi.

Alla sinapsi, i segnali elettrici vengono convertiti in segnali chimici, che possono attivare o disattivare il neurone successivo in linea, a seconda del tipo di molecola (chiamata neuromediatori) coinvolta. Comprendiamo molto dei principi che governano tali trasferimenti di informazioni, ma non riusciamo a decifrarli osservando la struttura dei neuroni e le loro connessioni.

Per sapere quali tipi di connessione si applicano tra due neuroni, dobbiamo applicare tecniche molecolari e test genetici. Ciò significa ancora una volta fissare e tagliare il tessuto a fette sottili. Spesso implica anche tecniche di morte e il taglio deve essere compatibile con quelle. Ma questo non è necessariamente compatibile con il taglio necessario per ricostruire la struttura 3D.

Quindi ora ti trovi di fronte a una scelta ancora più scoraggiante del determinare quando è il momento migliore della tua vita per rinunciare all’esistenza, devi scegliere tra struttura e funzione: l’architettura tridimensionale del tuo cervello rispetto a come funziona a livello cellulare . Questo perché non esiste un metodo noto per raccogliere entrambi i tipi di informazioni contemporaneamente.

Quindi la possibilità di caricare sui computer le informazioni contenute nei cervelli è assolutamente remota e potrebbe essere per sempre fuori portata. Forse dovrei fermarmi qui, ma non lo farò. Perché c’è altro da dire. Permettimi di farti una domanda, perché vorresti mettere il tuo cervello in un computer?

Le nostre menti sono qualcosa di più della somma delle loro parti (biologiche)?

Potrei avere una risposta utile da darti dopo tutto. Presumo che tu voglia trasferire la tua mente su un computer nella speranza di esistere oltre la tua vita, che ti piacerebbe continuare a esistere all’interno di una macchina una volta che il tuo corpo non può più implementare la tua mente nel tuo cervello vivente.

Se questa ipotesi è corretta, tuttavia, devo obiettare. Immaginando che tutte le cose impossibili sopra elencate un giorno fossero risolte e il tuo cervello potesse essere letteralmente “copiato” in un computer – consentendo una simulazione completa del funzionamento del tuo cervello – nel momento in cui decidessi di trasferire, avresti smesso di esistere. L’immagine mentale trasferita al computer non sarebbe quindi più viva del computer che la ospita.

Questo perché gli esseri viventi come gli esseri umani e gli animali esistono perché sono vivi. Potresti pensare che ho appena affermato qualcosa di assolutamente banale, al limite della stupidità, ma se ci pensi c’è di più di quanto sembri. Una mente vivente riceve input dal mondo attraverso i sensi. È attaccato a un corpo che si sente basato su sensazioni fisiche. Ciò si traduce in manifestazioni fisiche come cambiamenti nella frequenza cardiaca, respirazione e sudorazione, che a loro volta possono essere percepiti e contribuire all’esperienza interiore. Come funzionerebbe per un computer senza un corpo?

È improbabile che tutti questi input e output siano facili da modellare, specialmente se la mente copiata è isolata e non esiste un sistema per percepire l’ambiente e agire in risposta all’input. Il cervello integra senza soluzione di continuità e costantemente i segnali di tutti i sensi per produrre rappresentazioni interne, fa previsioni su queste rappresentazioni e alla fine crea consapevolezza cosciente (la nostra sensazione di essere vivi e di essere noi stessi) in un modo che per noi è ancora un mistero totale.

Senza l’interazione con il mondo, per quanto sottile e inconscio, come potrebbe la mente funzionare anche solo per un minuto? E come potrebbe evolversi e cambiare? Se la mente, artificiale o meno, non ha input o output, allora è priva di vita, proprio come un cervello morto.

In altre parole, dopo aver fatto tutti i sacrifici discussi in precedenza, trasferire il cervello su un computer non sarebbe riuscito a mantenere viva la mente. Potresti rispondere che poi richiederesti un aggiornamento e chiedere che la tua mente venga trasferita in un sofisticato robot dotato di una serie di sensori in grado di vedere, udire, toccare e persino annusare e assaporare il mondo (perché no?) e che questo robot sarebbe in grado di agire, muoversi e parlare (perché no?).

Ma anche allora, è teoricamente e praticamente impossibile che i sensori e i sistemi motori richiesti forniscano sensazioni e producano azioni identiche o addirittura paragonabili a quelle fornite e prodotte dal tuo attuale corpo biologico. Gli occhi non sono semplici telecamere, le orecchie non sono solo microfoni e il tatto non riguarda solo la stima della pressione. Ad esempio, gli occhi non trasmettono solo contrasti di luce e colori, le informazioni da essi vengono combinate subito dopo aver raggiunto il cervello per codificare la profondità (distanza tra gli oggetti) e non sappiamo ancora come.

Ne consegue che la tua mente trasferita non avrebbe la possibilità di relazionarsi con il mondo come fa la tua attuale mente vivente. E come potremmo collegare sensori artificiali alla copia digitale della tua mente (vivente)? E il pericolo dell’hacking? O guasto hardware?

Quindi no, no e no. Ho cercato di darti la mia opinione (scientificamente fondata) sulla tua domanda e anche se è un no definitivo da parte mia, spero di aver contribuito ad alleviare il tuo desiderio di avere il cervello messo in un computer.

L’attuale vita e lì che la tua mente esisterà e prospererà finché sarà implementata dal tuo cervello. Possa portarti gioia e sogni, qualcosa che gli androidi non avranno mai.

Autore

Guillaume ThierryUniversità di Bangor