Neuroni creati in laboratorio e collegati a un chip sono riusciti a riconoscere le voci umane
La fusione uomo-macchina è una realtà sempre più prossima e concreta grazie allo sviluppo dell'intelligenza artificiale. Ora, un gruppo di scienziati ha creato un sistema ibrido in grado di eseguire riconoscimenti vocali. Scopriamo di più.
Intelligenza artificiale e organoidi cerebrali
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L'intelligenza artificiale è un campo dell'informatica che mira a sviluppare sistemi e algoritmi in grado di eseguire attività che richiedono intelligenza umana. Questi sistemi possono apprendere da dati, ragionare, risolvere problemi, comprendere il linguaggio naturale e interagire con l'ambiente circostante. L'IA può assumere diverse forme, tra cui sistemi esperti, algoritmi di apprendimento automatico e reti neurali o combinare diverse tecniche per affrontare specifici compiti o problemi. Quello che un nuovo studio ha presentato e dimostrato è che le cellule cerebrali coltivate in laboratorio e connesse a un particolare chip elettronico sono in grado di eseguire il riconoscimento vocale.
Si tratta di organoidi cerebrali, strutture tridimensionali che ricreano in laboratorio alcune caratteristiche di un cervello umano in fase di sviluppo. Sono, in sostanza, degli aggregati di cellule cerebrali, ovvero neuroni, e di cellule di supporto, come cellule gliali, che vengono coltivate in vitro, cioè al di fuori del corpo, per studiare il comportamento del tessuto cerebrale e le dinamiche dello sviluppo neuronale. La loro creazione è possibile grazie alla tecnologia delle cellule staminali pluripotenti indotte, che permette di convertire cellule umane mature in cellule staminali capaci di differenziarsi in vari tipi cellulari, inclusi neuroni.
Un approccio hardware di intelligenza artificiale
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Il gruppo di scienziati dell'Indiana University Bloomington, guidato dall'ingegnere Feng Guo, han creato un organoide cerebrale utilizzando proprio delle cellule staminali. Dopodiché, lo hanno collegato a un chip ed eseguito la configurazione tramite il loro strumento di intelligenza artificiale chiamato Brainoware. A questo punto, si sono resi conto che il sistema ibrido realizzato era in grado di elaborare, capire e ricordare le informazioni ricevute, oltre a dimostrare una certa capacità di riconoscimento vocale. Lo studio potrebbe aprire la strada a biocomputer, che andranno a sostituire gli attuali PC standard.
"L’hardware informatico ispirato al cervello mira a emulare la struttura e i principi di funzionamento del cervello e potrebbe essere utilizzato per affrontare le attuali limitazioni delle tecnologie di intelligenza artificiale" scrivono gli autori della ricerca. "Tuttavia, i chip di silicio ispirati al cervello sono ancora limitati nella loro capacità di imitare completamente la funzione cerebrale, poiché la maggior parte degli esempi sono costruiti su principi elettronici digitali. Qui riportiamo un approccio hardware di intelligenza artificiale che utilizza il calcolo del serbatoio adattivo delle reti neurali biologiche in un organoide cerebrale. In questo approccio, chiamato Brainoware, il calcolo viene eseguito inviando e ricevendo informazioni dall’organoide cerebrale utilizzando un array multielettrodo ad alta densità."
Gli scienziati hanno illustrato il potenziale pratico di questa tecnica, impiegandola appunto per il riconoscimento vocale e la "previsione di equazioni non lineari in un quadro di calcolo del serbatoio."
Organoidi cerebrali nel campo dell'informatica: una prima assoluta
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Sono ormai molti anni che nel campo della scienza si tenta di progettare computer che si basano su sistemi biologici avanzati. I computer che attualmente conosciamo, infatti, sono decisamente più efficaci rispetto ai cervelli umani nel lavorare con i numeri e nell'elaborare dati strutturati spendendo poco tempo ed energia. Guo ha dichiarato: "Questa è la prima dimostrazione dell'uso degli organoidi cerebrali nel campo dell'informatica. È emozionante vedere le possibilità degli organoidi per il bioinformatica in futuro”.
L'obiettivo nell'uso di Brainoware era quello di sfruttare le vere cellule cerebrali per uno scambio di informazioni in input e output. Dopo aver eseguito la stimolazione elettrica sul sistema ibrido, l'intelligenza artificiale ha mostrato cambiamenti nelle reti neurali nel momento in cui rispondeva ai segnali. Il team ha quindi deciso di metterla alla prova tramite alcuni test, uno dei quali prevedeva la risoluzione di equazioni matematiche. Poi, hanno convertito in segnali elettrici 240 clip audio con otto voci diverse che pronunciavano vocali in lingua giapponese, applicandoli a Brainoware. L'organoide cerebrale ha prodotto segnali nelle reti neurali, che una volta decodificati hanno mostrato una sorta di riconoscimento vocale, sebbe "la precisione era bassa" ha detto Guo. Con l'addestramento dell'ibrido, la precisione è salita al 78%, anche se ancora ben lontano dai risultati prodotti dalle reti neurali artificiali.
L'obiettivo della ricerca, dunque, era quello di "costruire un ponte tra l'intelligenza artificiale e gli organoidi", dal momento che sia l'AI che il cervello si fondano sulla trasmissione di segnali intorno a una rete neurale. "Volevamo chiederci se possiamo sfruttare la rete neurale biologica all'interno dell'organoide cerebrale per l'informatica." Tuttavia, l'impiego di cellule vive nel settore informatico dovrà superare ampie sfide, come il mantenimento in vita degli organoidi, che con lo sviluppo delle future applicazioni potrebbero avere dimensioni sempre maggiori. Il prossimo step sarà quello di comprendere l'eventuale capacità degli organoidi di svolgere compiti più complicati, per valutare la possibilità di incorporarli nei microchip in silicio, attualmente impiegati nell'informatica che si basa sull'intelligenza artificiale. Che ne pensi di questi progressi?
