Cervelli e computer, un parente povero

Perché confrontare il tuo cervello con un computer può essere più impreciso di quanto pensi.

È una metafora molto comune per confrontare i cervelli con i computer, sebbene questo confronto non sia sufficiente a illustrare quanto siano complessi i nostri cervelli. Eric Chudler lo mette molto chiaramente qui, nella sua sezione Neuroscience for Kids , perché, perché renderlo più difficile di quanto dovrebbe essere?

Ad esempio, sia il cervello che i computer potrebbero essere danneggiati, ma c’è una sostanziale differenza tra il fissaggio di uno o l’altro. La riparazione di un computer è solo una questione di sostituzione di ciò che è rotto. Sfortunatamente, non possiamo sostituire le parti rotte nel cervello.

Livello successivo

Tuttavia, gli scienziati dell’UC Berkeley e della Northwestern University di Chicago hanno preso la metafora del cervello come computer al livello successivo nel loro articolo Un neuroscienziato potrebbe capire un microprocessore? La loro intenzione era quella di affrontare la possibilità che le attuali tecniche di neuroscienza potrebbero non essere le migliori per decifrare il funzionamento del cervello. Per fare questo hanno analizzato un microprocessore come se fosse un cervello. Hanno raccolto i dati utilizzando gli strumenti standard di neuroscienza per vedere se potevano dedurre il modo in cui la macchina elabora le informazioni, proprio come i neuroscienziati analizzano serie di dati di grandi dimensioni per districare i meccanismi cerebrali.

Hanno usato tre videogiochi, ben noti a tutti i bambini degli anni ’80 leggendo: Donkey Kong, Space Invaders e Pitfall. Per l’equivalente biologico, il microprocessore sarebbe il mouse, e ciascuno dei tre videogiochi sarebbe un modello comportamentale diverso. Sebbene riconoscano i limiti del confronto tra un microprocessore e il cervello di un organismo vivente, gli autori sostengono che ci sono abbastanza somiglianze per giustificare lo studio: sia un cervello che un microprocessore consistono in interconnessioni di unità più piccole che possono essere differenziate e studiate individualmente. Confrontano la struttura del microprocessore con quella di un cervello, dove troviamo circuiti, suddivisi in microcircuiti, composti da neuroni che effettuano connessioni attraverso le loro sinapsi. Naturalmente, il microprocessore è più semplice di un cervello in molti modi (ad esempio, il cervello richiede percorsi complessi per produrre l’energia che ogni cellula ha bisogno di funzionare, ed è costituita da circuiti complessi che ancora non comprendiamo appieno).

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Fonte: Elena Blanco-Suarez

Utilizzo di protocolli di neuroscienza per studiare un microprocessore

Hanno utilizzato protocolli consolidati per analizzare diverse funzionalità del microprocessore MOS6502, un modello che è molto ben compreso. Utilizzando l’approccio presentato in uno dei loro articoli precedenti, sono stati in grado di identificare i tipi di transistor all’interno del microprocessore e le connessioni tra di loro, in modo simile a ciò che faremmo al cervello. Nel microprocessore, hanno trovato solo un tipo di transistor. Tuttavia, era impossibile dedurre l’operazione del microprocessore semplicemente osservando le connessioni. Nelle neuroscienze, questo è ancora più complicato, dato che il cervello è costituito da diversi tipi di cellule e altri componenti come sinapsi, canali e neurotrasmettitori devono essere integrati nell’intero quadro. Gli autori hanno affermato l’importanza dello studio delle connessioni, ma hanno sottolineato la mancanza di algoritmi per determinare le funzioni delle regioni cerebrali valutate, quindi la difficoltà di comprendere il cervello attraverso l’analisi delle connessioni.

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Fonte: CC0 Creative Commons

Hanno anche studiato l’effetto delle prestazioni del gioco quando hanno rimosso uno o più transistor dal microprocessore. Questo è simile a quello che facciamo in laboratorio, quando un gene viene eliminato per studiarne gli effetti. Hanno identificato il contributo di ciascun transistor a ciascun videogioco considerato, ma non hanno potuto generalizzare al resto dei giochi senza ulteriori analisi. Secondo gli autori, questi risultati si riferiscono alle neuroscienze in quanto è improbabile che un certo comportamento si inneschi senza l’interazione di diversi circuiti / regioni cerebrali.

In tutto l’articolo, hanno esaminato altri aspetti dei transistor. Con ogni serie di esperimenti hanno concluso che, sebbene siano stati disegnati risultati interessanti e necessari, nessun set di dati individuali ha fornito una piena comprensione di come il MOS6502 elabora le informazioni.

Migliori approcci per conclusioni migliori

Non possiamo dimenticare che il cervello possiede plasticità ed è in grado di riparare circuiti o compensare lesioni e altre menomazioni che il MOS6502 non possiede. Ciò rende i dati molto più chiari e chiari rispetto a quelli ottenuti dagli esperimenti di neuroscienza in vivo.

Quindi, i neuroscienziati possono davvero capire un microprocessore? Secondo lo studio, abbiamo solo bisogno di metodi diversi per farlo, e che testare questi metodi in un microprocessore potrebbe fornire una certa convalida. Ma forse questo studio non dovrebbe essere considerato come conferma o confutazione del valore delle neuroscienze per comprendere i microprocessori, o anche come misura del valore degli attuali metodi neuroscientifici. Questo studio offre ulteriori prove del fatto che il cervello non è un computer.

Abbiamo sicuramente bisogno di una metafora migliore.

Originariamente pubblicato in PLOS Neuro Community.

Riferimenti

Jonas E, Kording KP (2017) “Un neuroscienziato potrebbe capire un microprocessore?” PLOS Computational Biology 13 (1): e1005268. doi: 10.1371 / journal.pcbi.1005268

Jonas E, Kording K, “Scoperta automatica di tipi cellulari e microcircuito da Neural Connectomics”, eLife, 4 (2015), e04250