Il cervello del moscerino della frutta potrebbe essere stato emulato e caricato su un chip

Per la prima volta al mondo un cervello potrebbe essere stato caricato in un computer, con l'"emulazione" completa di un organo biologico all’interno di un corpo virtuale. L’informatico Alex Wissner-Gross, fondatore di Eon Systems, ha pubblicato un articolo in cui sostiene che la sua azienda è riuscita a farlo, emulando il cervello di un moscerino della frutta. La notizia ha fatto il giro del mondo, anche se non è stata ancora pubblicata su alcuna rivista scientifica né sottoposta a revisione dei pari, per cui va letta e valutata con cautela. Dunque non una simulazione videoludica o un rendering 3d, ma un "vero" organo che vive dentro al silicio.

 "Oggi, per la prima volta, sto pubblicando un video di una società che ho contribuito a fondare, Eon Systems Pbc, che dimostra ciò che riteniamo essere la prima incarnazione al mondo di un'emulazione completa del cervello capace di produrre comportamenti multipli", ha spiegato Wissner-Gross, raccontando la scoperta non solo nell'articolo ma anche in un video su YouTube. Nel 2024, lo scienziato senior di Eon, Philip Shiu, e i suoi collaboratori hanno pubblicato sulla rivista scientifica Nature un modello computazionale dell’intero cervello adulto della Drosophila melanogaster, il moscerino della frutta, che contiene oltre 125mila neuroni e 50 milioni di connessioni sinaptiche. Per un confronto: quello umano è composto da circa 86 miliardi di neuroni e 100mila miliardi di connessioni.

Gli autori hanno creato un'architettura digitale basata solo sull’anatomia delle connessioni neurali e sull’identità predetta dei neurotrasmettitori, che "replica" l’intero connettoma del moscerino, ovvero la mappa completa e dettagliata di tutte le connessioni neurali di un cervello. Un modello che predire il comportamento motorio dell’insetto con un livello di accuratezza stimato al 95%: l'attivazione di specifici neuroni sensoriali ha permesso di prevedere con successo l’attivazione di quelli motori per azioni concrete, come estendere la proboscide per mangiare o i movimenti per la pulizia delle antenne.

Si trattava però di un prototipo disincarnato, un cervello senza corpo, senza attivazione fisica, senza output motori. Il nuovo annuncio, invece, sostiene di aver completato l'opera, innestando il cervello computazionale in un modello fisico e virtuale. “Ora il cervello ha un posto dove andare”, ha dichiarato l’informatico che ha aggiunto che il suo team, basandosi su lavori precedenti, tra cui il modello computazionale dell’intero cervello di Shiu e colleghi, ha realizzato il framework di simulazione incarnata NeuroMechFly v2.

Il risultato, sostiene Wissner-Gross, è l’aver ottenuto comportamenti distinti multipli guidati dalla dinamica dei circuiti del cervello emulato. Sarebbe un traguardo di grande rilievo per le neuroscienze, anche se per ora nessuna pubblicazione scientifica ha certificato che il movimento del video dipenda solo dalle dinamiche del connettoma, senza interventi esterni.

 Per capire la portata della notizia, bisogna distinguere la simulazione dall'emulazione. Numerosi progetti di IA simulano il comportamento animale con algoritmi di apprendimento per rinforzo: in questo caso, la macchina "impara" a muovere un corpo virtuale procedendo per tentativi e sbagli, imitando le azioni biologiche ma senza essere a conoscenza dei processi interni.

L’emulazione, invece, consiste nella copia diretta dell’organo biologico: secondo l'annuncio di Eon Systems, il moscerino virtuale non è mosso da un’IA, ma il suo comportamento nasce dall’esecuzione in un motore fisico di una mappa neuronale biologica fedele alla realtà. Insomma, i neuroni digitali farebbero scattare azioni come succede a quelli naturali, controllando in tempo reale i muscoli virtuali. 

 L’input sensoriale entra, l’attività neurale si propaga attraverso la mappa delle connessioni neurali, i comandi motori escono e un corpo simulato fisicamente esegue l’output, concludendo per la prima volta il ciclo tra percezione e azione in un'emulazione dell’intero cervello. I lavori precedenti avevano modellato cervelli senza corpi oppure animato corpi senza cervelli. 

"Nessuno aveva mai dimostrato prima un cervello emulato completo, derivato da un connettoma biologico, capace di guidare un corpo simulato fisicamente attraverso molteplici comportamenti naturalistici", ha spiegato l’informatico. Il fondatore di Eon Systems ha aggiunto che l’obiettivo ora sarà quello di realizzare un'emulazione digitale completa del cervello di un topo e poi di porre le basi per un’eventuale emulazione su scala umana. Il cervello di un topo ha circa 70 milioni di neuroni, 560 volte quelli della mosca, e il gruppo di lavoro sta al momento raccogliendo i dati per tentare l’impresa.