Google Research e i ricercatori dell’HHMI Janelia Research Campus hanno reso disponibile la prima mappatura completa del cervello e del sistema nervoso centrale di un moscerino della frutta maschio adulto, ricostruendo oltre 166.000 neuroni e le connessioni che li collegano. Il risultato è stato ottenuto analizzando con sistemi di intelligenza artificiale milioni di immagini microscopiche bidimensionali e combinandole in una rappresentazione tridimensionale della rete nervosa. Il connectoma consente quindi di osservare non soltanto la posizione dei singoli neuroni, ma anche la struttura delle connessioni e i possibili percorsi attraverso i quali le informazioni si propagano all’interno del sistema nervoso dell’insetto.
Il moscerino della frutta è da tempo uno degli organismi modello più utilizzati in genetica e neuroscienze perché dispone di un sistema nervoso molto più semplice di quello umano, pur mantenendo funzioni utili per studiare elaborazione sensoriale, movimento e apprendimento. La disponibilità di una ricostruzione completa permette di analizzare su scala molto più dettagliata come neuroni differenti siano collegati tra loro e come queste reti possano contribuire alla generazione di determinati comportamenti. L’intelligenza artificiale ha avuto un ruolo centrale nel processo di ricostruzione, elaborando l’enorme quantità di immagini necessarie per identificare le cellule nervose e ricomporle in strutture tridimensionali coerenti.
Pochi giorni dopo la pubblicazione dei dati, alcuni sviluppatori hanno iniziato a utilizzare il modello digitale del cervello del moscerino in esperimenti che collegano l’attività della rete neurale biologica ricostruita al controllo di videogiochi. L’ingegnere software Alex Wormuth ha impiegato un modello composto da circa 166.700 neuroni per giocare a Doom, fornendo al sistema i fotogrammi del gioco come stimolo visivo e convertendo successivamente l’attività dei neuroni in comandi destinati al personaggio. Gli elementi presenti sullo schermo vengono trasformati in segnali capaci di stimolare i neuroni sensoriali del modello, mentre l’attività risultante viene associata ad azioni come movimento e attacco.
L’esperimento introduce anche una forma di feedback ispirata ai meccanismi di ricompensa biologici. Quando il personaggio subisce danni nel gioco, vengono stimolati specifici neuroni dopaminergici del modello del moscerino, con l’obiettivo di verificare se la rete possa modificare progressivamente il proprio comportamento e imparare a sopravvivere nell’ambiente virtuale. Il progetto è stato pubblicato come open source e permette di osservare sia l’attività dei neuroni simulati sia il processo con cui i segnali provenienti dal gioco vengono trasformati in input per la rete e successivamente riconvertiti in azioni.
Un secondo esperimento è stato realizzato dalla sviluppatrice Jessica Paquette utilizzando lo stesso connectoma per controllare Super Mario 64. Nella dimostrazione il personaggio di Mario esegue ripetutamente dei salti e finisce contro una parete, mostrando quindi un comportamento ancora molto lontano da una reale capacità di giocare in modo efficace. L’aspetto rilevante dell’esperimento non è però la prestazione ottenuta, quanto l’impiego diretto della struttura neurale ricostruita di un organismo biologico come componente di controllo all’interno di un ambiente digitale.
Paquette ha inoltre spiegato che il codice necessario per realizzare il progetto è stato scritto utilizzando strumenti di programmazione basati sull’intelligenza artificiale. La combinazione tra dati neuroscientifici aperti, modelli completi delle connessioni neuronali e strumenti AI per la generazione del codice consente quindi di costruire esperimenti di questo tipo anche al di fuori di laboratori specializzati, utilizzando dataset originariamente prodotti per la ricerca biologica in simulazioni software e ambienti interattivi.
La mappatura del cervello del moscerino nasce principalmente come strumento per la ricerca neuroscientifica e non come architettura progettata per il controllo dei videogiochi. Gli esperimenti con Doom e Super Mario 64 mostrano tuttavia come un connectoma digitale possa essere trasformato in una rete computazionale nella quale stimoli artificiali vengono associati ai neuroni sensoriali e l’attività risultante viene convertita in comandi. Il comportamento osservato non equivale quindi a quello di un agente AI addestrato specificamente per giocare, ma rappresenta un utilizzo sperimentale della struttura di una rete nervosa biologica ricostruita digitalmente per verificare come possa reagire all’interno di ambienti virtuali.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI)