Il dibattito sul rapporto tra intelligenza artificiale e neuroscienze si arricchisce di una nuova prospettiva: l’esistenza del sistema glinfatico, il meccanismo naturale di pulizia cerebrale durante il sonno, solleva interrogativi sulla necessità di processi analoghi nei sistemi AI per garantirne robustezza ed efficienza nel tempo.
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L’uso improprio del termine lavaggio del cervello nell’era AI
Spesso si scrive sui media di diversi presunti rischi legati all’impiego delle tecnologie AI nei diversi contesti. Frequentemente si dice che esista il rischio concreto che un uso non consapevole delle tecnologie AI possa produrre, specie nei giovani, un vero e proprio “lavaggio del cervello“. Quest’ultima espressione, purtroppo, viene adoperata in modo improprio, senza un’adeguata contezza di cosa essa significhi davvero a livello neurobiologico nell’essere umano.
Eppure già dal 2012 i neuroscienziati hanno elucidato in modo abbastanza completo i meccanismi grazie ai quali il nostro sistema nervoso riesce a eliminare le scorie collegate al suo funzionamento e hanno chiarito come ciò avvenga durante il sonno. Si tratta di un’operazione essenziale per la vita e alcuni ricercatori sostengono che potenziarla potrebbe contribuire a combattere diverse neuropatologie degenerative come la demenza.
Alla ricerca di analogie funzionali tra cervello e intelligenza artificiale
Ma le tecnologie AI, al di là di costituire un ipotetico pericolo quali attrici di depotenziamento del sistema nervoso della persona umana, riescono a ripulire se stesse dai rifiuti del loro funzionamento così come fa madre natura? Per tentare una risposta con qualche fondamento, occorre considerare almeno a grandi linee come funzioni il sistema nervoso umano sotto questo profilo e poi, seguendo l’approccio metodologico consueto dell’analogia funzionale e, si noti bene, non strutturale, provare a ricercare se siano identificabili nei sistemi tecnologici AI parti ascrivibili all’adempimento della ripulitura dei sistemi stessi e a stabilire secondo quale logica – if any – e tempistica essi operino.
Già perché, nel caso del sistema naturale, la ripulitura avviene secondo un orologio biologico circadiano, ogni 24 ore e tipicamente durante il sonno. Tale orologio biologico evoca subito una richiesta di verifica, ovvero se una tale situazione sia immaginabile in un sistema artificiale.
Un sistema AI, tipo ChatGPT così come tutti i modelli di intelligenza artificiale attuali, inclusi i modelli linguistici di grandi dimensioni – LLM) non funziona su elaboratori sequenziali alla von Neumann, ma su architetture parallele, tipicamente GPU (Graphics Processing Unit) o TPU (Tensor Processing Unit), proprio come l’essere umano è in grado di svolgere in parallelo più di una funzione, come ascoltare musica mentre scrive o leggere mentre mangia.
Il ritmo sonno-veglia come discriminante per i sistemi AI
È importante porsi il problema se esista o meno in un sistema AI un equivalente del ritmo biologico sonno-veglia, data l’enorme importanza biologica di tale ritmo per l’essere umano, prima ancora di ricercare analogie funzionali specifiche fra naturale e artificiale.
Si può affermare infatti come l’esistenza o meno di un equivalente artificiale del ritmo sonno-veglia naturale costituisca come una discriminante decisiva per giungere a una risposta della domanda rappresentata all’inizio di questo articolo. Ne sono prove la circostanza che le persone che non dormono, dopo qualche tempo muoiono e il fatto che il lavaggio del cervello umano durante il sonno è determinante per la qualità della vita.
Si potrebbe porre la questione se fra gli indicatori di qualità di un sistema AI possa entrare la capacità del sistema stesso di ripulirsi periodicamente in qualche modo. Tale eventualità potrebbe essere impiegata come un indice di robustezza del sistema AI stesso, della sua capacità di riuscire a essere efficace ed efficiente nel tempo.
manutenzione e aggiornamento: il possibile sonno dei sistemi artificiali
A titolo di esempio, un sistema AI non sollecitato o sotto-sollecitato/a riposo secondo un qualche criterio definito a priori e un sistema AI che invece operi al 100% delle sue capacità potrebbe essere una suggestione artificiale del ritmo sonno-veglia biologico. Appare del resto chiaro che un sistema AI abbia la necessità di aggiornare periodicamente i collegamenti alle diverse sorgenti informative, alcune delle quali nel tempo saranno obsolete e da sostituire con altre più aggiornate – anche per evitare la saturazione del sistema AI stesso – e occorre immaginare in quale stato del sistema AI questo processo di ripulitura possa avere luogo.
La scoperta del sistema glinfatico nel cervello dei topi
Ove si riuscisse a superare positivamente la discriminante circa la possibile concettualizzazione di un equivalente artificiale del ritmo sonno-veglia, sarebbe possibile proseguire nel percorso analogico fra artificiale e naturale, sulla base delle conoscenze neurobiologiche attuali, così come elucidate nel 2012 da alcuni ricercatori dell’Università di Rochester, guidati dalla neuroscienziata Maiken Nedergaard (Science Translational Medicine).
Essi hanno scoperto un sistema circolatorio prima sconosciuto capace di eliminare le scorie dal cervello. Tali ricercatori sono riusciti a provare che nei topi un afflusso di liquido cerebro-spinale riesce a erodere e asportare materiale negli spazi perivascolari del cervello, i quali hanno una struttura a forma di ciambella che circonda i vasi sanguigni.
Attraverso l’impiego dei canali dell’acqua sulla superficie degli astrociti (popolazione di cellule della glia, essenziale per il funzionamento del sistema nervoso centrale), il liquido cerebro-spinale si mescola con il liquido interstiziale presente negli spazi intorno alle cellule cerebrali e raccoglie le scorie accumulate. Il liquido lascia poi il cervello attraverso lo spazio perivascolare che circonda le vene, portando con sé i rifiuti.
Perché la pulizia cerebrale avviene durante il sonno
Questo sistema circolatorio è stato denominato dagli scopritori sistema glinfatico, a indicare il ruolo delle cellule della glia (gli astrociti sopra citati) e la funzione linfatica di ripulitura. Il medesimo gruppo di ricerca, nel 2013, ha pubblicato una seconda scoperta di rilievo, ovvero l’osservazione sperimentale di come la pulizia di cui sopra fosse più attiva ed efficiente durante il sonno.
In più, lo stato di veglia disattiva la pulizia probabilmente perché la precisione necessaria alle reti di neuroni per elaborare il mondo esterno da svegli è incompatibile con il processo di pulizia. A questo punto, i ricercatori concludono che l’operazione di pulizia è una delle funzioni critiche del sonno.
Dal topo all’uomo: differenze nel sistema glinfatico
Tutto questo lavoro è stato svolto però sperimentalmente nei topi, che hanno un cervello più piccolo e meno complesso rispetto a quello umano e, inoltre, il loro sonno è più frammentato.
Un decennio di studi dedicati a capire se il processo di pulizia delle scorie cerebrali nel sonno e il corrispondente sistema glinfatico funzioni anche nell’uomo sembrano portare a una risposta affermativa, seppure con alcune differenze: nei roditori il trasporto glinfatico è un fenomeno tutto-o-nulla, attivo nel sonno e disattivo quando i topi sono svegli. Negli esseri umani il processo non è così estremo e i cambiamenti avvengono nell’arco di ore, non di minuti.
Il motore del flusso glinfatico: noradrenalina e onde pulsanti
Si è anche cercato e scoperto cosa agisca da motore per il flusso glinfatico, ovvero l’equivalente del muscolo cardiaco per il sistema di circolazione del sangue. Si sono osservate le variazioni di concentrazione del neurotrasmettitore noradrenalina che generano vasocostrizione e vasodilatazione.
I vasi sanguigni cerebrali si allargano e si restringono, spingendo il sangue dentro e fuori dal cervello, il liquido cerebro-spinale (generato nei ventricoli cerebrali) fluisce dentro e fuori per riempire gli spazi in espansione e in contrazione intorno ai vasi sanguigni stessi. In pratica, le oscillazioni della noradrenalina inducono onde di liquido cerebro-spinale a pulsare attraverso le guaine perivascolari.
La noradrenalina è a sua volta controllata dall’attività sincronizzata di neuroni i quali forniscono l’energia necessaria per la pulizia. Il liquido cerebro-spinale entra dunque nel cervello, scorre al suo interno, ne fuoriesce lungo le vene e va a finire nel sistema linfatico, in vasi linfatici specifici nelle meningi che avvolgono cervello e midollo spinale, insieme al liquido interstiziale del cervello.
Lezioni dalla natura per progettare sistemi AI più robusti
Ancora una volta non pare possibile non mostrare stupore per quanto la natura sia riuscita a fare in modo perfetto, con poca energia e ottimizzando tutte le componenti strutturali disponibili per consentire la vita del nostro sistema nervoso.
Pretendere che ciò possa accadere per un sistema AI pare del tutto irrealistico, ma porsi la domanda e indurre riflessioni sembra opportuno per almeno due ragioni:
1) il progettista di un sistema AI è un essere umano e
2) un buon progettista mira certamente a concepire e poi eventualmente sviluppare un prodotto il più performante e robusto possibile, perché duri nel tempo.
La questione di “lavare” periodicamente un sistema AI perché non si corrompa a causa delle sue scorie e degradi le sue prestazioni è un problema che certamente il progettista deve fronteggiare e cercare di risolvere. Un sistema AI attuale, una volta reso edotto del sistema glinfatico umano nel sonno, riuscirà ad aiutarlo?
