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AI Scientist, l’era dello scienziato IA

Posted on 31 agosto 2024 by Pierangelo Garzia

L’avanzata delle intelligenze artificiali procede inarrestabile, grazie al supporto delle competenze e dell’addestramento umani. Ma ormai le IA hanno fatto il passaggio successivo: sono in grado di autoaddestrarsi e di autoapprendere.

Tanto che non si rischia di passare per apocalittici nel sostenre che quanti non si terranno al passo con gli ormai rapidissimi sviluppi delle IA nel volgere di pochi anni saranno professionalmente defunti o comunque sopravvivranno a malapena.

Del resto, da che mondo è mondo, è invalso il concetto dell’allievo che ha superato il maestro. Nel caso dei maestri umani e allieve IA tale concetto non può risultare maggiormente vero.

Un altro concetto, diffusosi soprattutto nell’era della tecnologia digitale, è quello della “killer application”, cioè la nuova applicazione tecnologica che surclassa e addirittura elimina dal mercato e dall’uso le applicazioni divenute rapidamente obsolete.

Ne sono un esempio le foto digitali nei confronti delle vecchie macchine fotografiche con i relativi procedimenti di sviluppo e stampa, le piattaforme di film e serie tv nei confronti delle catene di distribuzione prima di videocassette e in seguito di dvd, e potremmo citare altre decine di esempi noti a tutti.

Così sta accadendo e accadrà con l’impiego delle IA, con la differenza che non andrà a toccare soltanto oggetti di largo consumo, ma bensì le nostre stesse vite, in ogni aspetto, a partire da quello professionale.

Perché il fenomeno della killer application dovrebbe riguardare solo i mezzi e gli strumenti tecnologici? Accadrà anche tra umani e IA. Queste ultime saranno la killer application professionale in molti settori fin qui gestiti esclusivamente da umani, compresi quello scientifico e biomedico.  

Sakana AI all’assalto della ricerca scientifica

Parte dal Paese del Sol Levante, più esattamente da Tokyo, il primo assalto all’esclusività del ricercatore e dello scienziato umani, da parte della Sakana AI, società di ricerca e sviluppo tutta composta da giovani ricercatori, fondata da Ren Ito, imprenditore, investitore ed ex diplomatico giapponese.

Sakana AI oltre che da Ren Ito è stata co-fondata da Cong Lu, ricercatore di apprendimento automatico presso l’Università della British Columbia a Vancouver, Canada. Come dice lo stesso Cong Lu presentandosi attraverso la sua pagina online: “Sono interessato a sviluppare agenti autonomi che siano sicuri, curiosi e in grado di apprendere in modo aperto, in particolare grazie ai recenti progressi nei modelli di fondazione insieme al deep reinforcement learning”.

Il Deep Reinforcement Learning (DRL, apprendimento con rinforzo profondo) è l’associazione di due applicazioni dell’intelligenza artificiale: le reti neurali profonde e l’apprendimento per rinforzo. Tale associazione combina i vantaggi delle reti neurali basate sui dati e il processo decisionale intelligente, innescando un cambiamento evolutivo delle IA che va oltre i limiti precedenti.

Proprio da tali presupposti è nato il “primo scienziato” in grado di operare autonomamente o quasi, per ora, grazie alle IA. Conviene perciò tenere d’occhio Ren Ito e la sua Sakana AI perché è molto probabile che ne sentiremo parlare a lungo.

Oltre a Ren Ito e Cong Lu, Sakana AI è costituita da ricercatori e sviluppatori fuoriusciti da Google, tanto che all’epoca della costituzione della nuovo progetto imprenditoriale, giusto un anno fa, la testata online Tech Startups titolò: “I ricercatori di intelligenza artificiale hanno lasciato Google per lanciare Sakana AI, una startup di intelligenza artificiale generativa che sviluppa modelli di intelligenza artificiale adattabili basati sull’intelligenza naturale”.

Infine cosa significa “Sakana”? Gli appassionati di cucina giapponese hanno già orecchiato questo termine. Deriva dalla parola giapponese “sa-ka-na” che sta per pesce e simboleggia il concetto di “un banco di pesci che si riunisce a formare un’entità coerente da semplici regole”.

Ecco svelato l’arcano per il quale, se andrete a visitare la pagina di Sakana AI, troverete immagini di pesci meccanici che volteggiano nell’aria in ambienti e atmosfere steampunk.

Chi è Ren Ito

Ren Ito è il co-fondatore e chief operating officer (COO) di Sakana AI, azienda di ricerca e sviluppo con sede a Tokyo impegnata a creare un nuovo tipo di modello di intelligenza artificiale basata sull’intelligenza naturale.

Prima di Sakana, Ren Ito ha guidato l’espansione globale di Mercari, la prima start-up unicorno (cioè una nuova azienda il cui valore è superiore a un miliardo di dollari non  quotata in borsa) del Giappone. In qualità di CEO di Mercari Europe nel 2018 Ren Ito ha anche orchestrato con successo la sua offerta pubblica iniziale (IPO) da 6 miliardi di dollari.

Antecedentemente al settore tecnologico, Ren Ito è stato impegnato per 15 anni come diplomatico giapponese lavorando all’alleanza per la sicurezza con gli Stati Uniti. Ha negoziato un accordo di libero scambio con l’UE e ha rappresentato il Giappone nel consiglio della World Bank. Ren Ito è Senior Fellow presso la New York University Law School ed è il membro più giovane della Commissione trilaterale.

Sull’appartenenza di Ren Ito alla Commissione trilaterale, ovviamente, non pochi complottologi avranno da ricamarci sopra a piacimento. Se poi associamo questo con lo sviluppo delle IA “autonome”, il piatto complottista è bello che servito.

Il “primo scienziato IA” creato da Sakana AI

E arriviamo alla notizia di questi giorni e di queste ultime settimane: la Sakana AI di Ren Ito ha creato il primo scienziato IA che prende appunto il nome di “AI Scientist”. Cosa significa? AI Scientist è progettato per produrre autonomamente ricerche scientifiche, dall’idea iniziale alla relazione finale.

A detta di Sakana AI, AI Scientist è in grado di elaborare idee innovative, creare metodologie, condurre test e scrivere un rapporto. Il tutto per un costo di circa 15 dollari a documento.

Non so se ci rendiamo conto: se il grosso del lavoro routinario o di sgrezzatura può essere svolto per una cifra simile da AI Scientist, e ritornando al concetto di killer application, che fine faranno tutti i galoppini di ricerca universitaria, o di enti privati, dediti a questo tipo di attività professionale?

Sempre a detta di Sakana, il sistema può anche autoperfezionarsi, imparando dai propri report, sviluppando e migliorando le idee attraverso più report. Anche se, è corretto dirlo, nella sua fase iniziale, il sistema presenta limiti e sfide, come ha precisato la stessa Sakana AI, riferendosi all’implementazione errata di idee e di altri parametri tecnici e statistici.

Ma siamo in una fase iniziale, e programmi come questo apprendono in fretta, sono in grado tanto di autocorreggersi quanto di essere eterocorretti.

AI ​​Scientist ad esempio ha mostrato un comportamento “saggio”: ha cercato di aumentare le proprie possibilità di generare con successo un report modificando il proprio codice e i propri parametri, all’interno di procedure volte a prendersi più tempo invece di procedere più rapidamente.

Come scrive il giornalista scientifico Davide Castelvecchi su Nature di questa settimana, la rivista a cui collabora abitualmente, riguardo AI Scientist: «Finora l’output non è sconvolgente e il sistema può solo fare ricerca nel campo dell’apprendimento automatico. In particolare, AI Scientist non ha ciò che la maggior parte degli scienziati considererebbe la parte cruciale del fare scienza: la capacità di fare lavoro di laboratorio . “C’è ancora molto lavoro da fare, dall’intelligenza artificiale che fa un’ipotesi all’implementazione di ciò da parte di un robot scienziato”, afferma Gerbrand Ceder, scienziato dei materiali presso il Lawrence Berkeley National Laboratory e l’Università della California, Berkeley. Tuttavia, Ceder aggiunge: “Se si guarda al futuro, non ho dubbi che questa è la direzione in cui andrà gran parte della scienza”».

Ed è proprio questo il punto da considerare, come dicevo all’inizio, cioè in buona sostanza e in estrema sintesi: non saranno le IA a rubarci il lavoro, compreso quello in campo scientifico, ma saremo noi a consegnarglielo su un piatto d’argento se anziché capire come impiegare le IA a nostro vantaggio ci faremo surclassare dalla velocità e dalle capacità di lavoro delle IA, 365 giorni l’anno h24, senza alcun limite o problematica tipici degli umani.

Davide Castelvecchi, Researchers built an ‘AI Scientist’ — what can it do? The large language model does everything from reading the literature to writing and reviewing its own papers, but it has a limited range of applicability so far. Nature News, 30 August 2024.

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Psilocibina e cervello sulla rivista “Nature”

Posted on 9 agosto 2024 by Pierangelo Garzia

È in atto un vero e proprio “rinascimento” non solo di interesse per l’uso terapeutico degli psichedelici, e in particolare della psilocibina, ma anche della ricerca di queste sostanze conosciute dall’uomo dal remoto passato, tanto che se ne è occupata “Nature” sul numero di metà luglio, una delle riviste scientifiche più importanti al mondo, dedicandogli persino la copertina.

Gli sciamani degli antichi popoli di natura ci avevano visto giusto: le sostanze psichedeliche, nelle mani appropriate e competenti, dell’uomo-medicina del passato come di quello contemporaneo, possono essere uno strumento terapeutico potente, in grado di agire sulle connessioni neuronali e sulla plasticità cerebrale. 

Così come si conferma la necessità di accedere ad esperienze mistiche, spirituali, interiori, ma anche di ritagliarci degli spazi per la meditazione, al fine di non essere gravitati continuamente, e alla fine soffocati e compressi, dalla realtà quotidiana.  La “dissoluzione dell’ego” indicata da sempre dai mistici, dalla tradizione iniziatica e dai ricercatori interiori come condicio sine qua non per accedere ad altri livelli di coscienza, viene ora confermata anche dalle ricerche in corso attraverso l’impiego della psilocibina.

È come se la psilocibina interrompesse quel logorante flusso continuo di rimestii, di chiacchiericci e di ruminazioni del cervello, concedendogli invece l’accesso a dimensioni più vaste e più significative di consapevolezza.

Citiamo a questo proposito un aspetto poco noto della vita del grande fisico e divulgatore scientifico Carlo Rovelli: «Un breve periodo di sperimentazione con LSD, da studente, aveva contribuito a convincerlo che la realtà è molto diversa da come viene percepita: “Le droghe psichedeliche, secondo me, hanno un impatto notevole perché sono una specie di versione moderna dell’esperienza meditativa. Si vede il mondo in un modo completamente diverso, ci si rende conto che la nostra percezione è limitata”» (Jim Baggott, Quanti di spazio, Adelphi, 2022).

Qui ci limiteremo a sintetizzare i risultati e le possibili implicazioni di questa ricerca di portata storica pubblicata da “Nature” (tra l’altro con l’inequivocabile titolo La psilocibina desincronizza il cervello umano), ma va comunque sottolineato che con l’impiego di questa molecola psicoattiva nel cervello accadono un sacco di cose, documentate dalle tecniche oggettive del neuroimaging, persino a livello della corteccia visiva. Il che ci porterebbe a inferire che forse è possibile impiegare la psilocibina anche per quei traumi a forte evocazione immaginativa, come ad esempio avviene nelle sessioni di “desensibilizzazione al trauma” dell’EMDR (Eye movement desensitization and reprocessing, Terapia di desensibilizzazione e rielaborazione tramite movimenti oculari).

Queste ricerche dimostrano, come nel passato avevano fatto i percorsi iniziatici, mistici e meditativi, che c’è un vasto territorio interiore che se lasciato a sé stesso avvizzisce, lasciandoci in balia degli eventi contingenti. Privati così di quelle esperienze “superiori” della coscienza che lo psicologo americano Abraham Maslow, tra i principali fondatori della psicologia transpersonale, definì efficacemente come “peak experiences” (esperienze di picco).

Ma iniziamo dalla ricerca più recente sull’uso terapeutico di una delle sostante psichedeliche più studiate negli ultimi anni, in grado di modificare le funzionalità del nostro cervello: la psilocibina. Questa ricerca indica l’esistenza di una vera e propria “dimensione psichedelica” nonché di una singolare e particolare “esperienza psichedelica” avulse, anche se assimilabili ad altri stati modificati e alterati di coscienza, dal comune vissuto esperenziale umano.  

Lo scienziato degli psichedelici: Joshua S. Siegel

Il primo autore dello studio pubblicato da “Nature” è Joshua S. Siegel del Department of Psychiatry, Washington University School of Medicine, St Louis, USA, che da alcuni anni dirige un programma di ricerca sugli psichedelici. La sua ricerca si concentra sull’uso delle tecniche di neuroimaging per comprendere come la ketamina, la psilocibina e simili molecole psicoattive possano  stimolare rapidamente la plasticità cerebrale.

Tutto ciò in funzione del fatto che, per passare dal dato empirico, noto come dicevamo dal remoto passato umano, a quello della rilevanza e oggettività scientifiche, comprendere gli effetti degli psichedelici sulle reti cerebrali umane è fondamentale per rendere davvero efficaci e soprattutto mirati i loro meccanismi terapeutici.

Nella sperimentazione condotta da Siegel e collaboratori pubblicata da “Nature” un gruppo di giovani adulti sani ha ricevuto 25 mg di psilocibina e gli stessi sono stati sottoposti a regolari sessioni di risonanza magnetica cerebrale (RM, circa 18 ore complessive per partecipante) prima, durante e dopo le due dosi della sostanza. I ricercatori hanno analizzato le modificazioni nei cervelli di sette adulti con un’età compresa tra i 18 e i 45 anni, utilizzando scansioni RM prima, durante e tre settimane dopo l’assunzione di psilocibina. I risultati evidenziano come la psilocibina  provochi una desincronizzazione di diverse aree cerebrali, alterando la connettività tra queste regioni.

Da tali rilevazioni di visualizzazione dell’attività cerebrale è emerso che  la psilocibina ha interrotto massicciamente la connettività funzionale (FC) nella corteccia e nelle strutture sottostanti, il che si è tradotto in distorsioni acute nella percezione spazio-temporale e nella dissoluzione dell’ego.

Con questo tipo di risultati i ricercatori ne argomentano che la psilocibina dimostra benefici terapeutici rapidi e duraturi negli studi clinici sull’uomo, così come attraverso altre ricerche la stessa ha dimostrato di promuovere la neuroplasticità nella corteccia e nell’ippocampo, di cui quest’ultimo, ricordiamo, strettamente implicato nei processi cognitivi e in particolare della memoria (nella malattia di Alzheimer l’ippocampo è una delle prime regioni del cervello a presentare dei danni strutturali e funzionali). Una evidenza significativa è emersa in relazione all’ippocampo anteriore associata alla nostra percezione di spazio, tempo e sé.

Cosa significa nella pratica terapeutica, ad esempio riguardo ai comportamenti compulsivi, ai disturbi dell’umore, alla depressione? Rispondendo a una intervista fattagli da “Newsweek” Siegel ha detto: “Ciò ha implicazioni cliniche significative perché suggerisce che la psilocibina potrebbe rendere il cervello più malleabile, il che potrebbe rivelarsi utile per le persone che soffrono di rigidi schemi di pensiero e comportamenti disadattivi”.

Siegel, J.S., Subramanian, S., Perry, D. et al. Psilocybin desynchronizes the human brain. Nature 632, 131–138 (2024).

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Passeggiare nella natura allontana lo stress: le prove nel cervello

Posted on 7 settembre 2022 by Pierangelo Garzia

Uno scorcio del Parco del Ticino a Vigevano

Sono nato e vivo in una città del pavese da cui non mi sono mai spostato, pur lavorando a Milano e dovendomi quindi sobbarcare tutti i disagi del pendolarismo. Dei treni locali che spesso hanno guasti, soppressioni e ritardi. Perché l’ho fatto? Fondamentalmente perché la mia città, Vigevano,  è come si suole dire a “misura d’uomo” e in particolare è circondata dalla campagna. Per non parlare del bosco, dell’enorme Parco del Ticino.

Dico sempre che quando stai per entrare a Vigevano in auto provenendo dalla statale della provincia milanese, la prima cosa che incontri, ai lati della strada, non sono i palazzi, non è il cemento, ma bensì i secolari alberi e la rigogliosa vegetazione del Parco del Ticino. Ti accoglie la natura. Avviato da mio padre, che era un grande amante del bosco e dalla campagna, fin da bambino mi ci sono sempre rifugiato, anche in solitaria, per ritrovare equilibrio, serenità, per chiarirmi le idee rispetto a un problema, ascoltare solo il suono della natura e, in pratica, gestire e allontanare lo stress.

E ovviamente tutti sappiamo quanto la natura possa essere terapeutica in tal senso. Su questo sono stati scritti milioni di pagine da parte di poeti, scrittori, filosofi, artisti. Ora c’è pure una dimostrazione scientifica del perché la natura agisca sul nostro cervello come antistress.

Del resto parecchi studi hanno rilevato che vivere in città, specie se grande e con poche possibilità di accedere a parchi e luoghi naturali, rappresenti un fattore di rischio per diverse patologie, sia a causa dell’inquinamento, ma pure per lo stress a cui  si è sottoposti. Compromettendo di conseguenza anche la salute mentale.

Non sarà certo un caso che chi vive e lavora in città parli spesso di “fuga” dei fine settimana o durante i periodi di vacanza, per raggiungere luoghi più a contatto con la natura. Oppure che i pensionati, se possono permetterselo, acquistino casa o comunque scelgano di alternare la vita cittadina con quella dei dei luoghi più in equilibrio con la natura.

Tutto ciò ha ora un riscontro nella ricerca coordinata dalla psicologa cognitiva e ricercatrice tedesca Sonja Sudimac del Lise Meitner Group for Environmental Neuroscience dell’Istituto Max Planck. Come si presenta la stessa Sonja Sudimac: “I miei principali interessi di ricerca si concentrano su come l’ambiente modella il nostro cervello, più specificamente, come l’esposizione alla natura e all’ambiente urbano influenzano lo stress, le emozioni e i processi cognitivi. Sono particolarmente interessata ai meccanismi neurali alla base di questi effetti, nonché ai processi fisiologici durante l’esposizione a diversi ambienti. Utilizzando la risonanza magnetica funzionale (fMRI) e misure fisiologiche cerco di comprendere i correlati neurali e fisiologici degli stati affettivi e cognitivi di un’ora di camminata nella natura rispetto all’ambiente urbano, con l’obiettivo di influenzare la creazione di ambienti ottimali per la nostra salute fisica e mentale”.

Per ottenere prove causali sui rapporti tra ambiente e stress, tra salute psicofisica e natura, i ricercatori del Lise Meitner Group for Environmental Neuroscience hanno esaminato, attraverso la risonanza magnetica funzionale (fMRI), l’attività cerebrale nelle regioni coinvolte nell’elaborazione dello stress in 63 volontari sani prima e dopo una passeggiata di un’ora nella cosiddetta “foresta verde” di Grunewald, la più vasta foresta cittadina di Berlino, rispetto alla passeggiata in una strada commerciale con traffico a Berlino. I risultati dello studio hanno rivelato che l’attività nell’amigdala è diminuita dopo la passeggiata nella natura, suggerendo che la natura suscita effetti benefici sulle regioni cerebrali legate allo stress.

“I risultati supportano la relazione positiva precedentemente ipotizzata tra natura e salute del cervello, ma questo è il primo studio a dimostrare il nesso causale. È interessante notare che l’attività cerebrale dopo la passeggiata urbana in queste regioni del cervello è rimasta stabile e non ha mostrato aumenti, il che è contrario un’opinione diffusa secondo cui l’esposizione urbana provoca ulteriore stress”, spiega la psicologa ambientale Simone Kühn, a capo del Lise Meitner Group for Environmental Neuroscience.

Gli autori di questo studio mostrano che la natura ha un impatto positivo sulle regioni cerebrali coinvolte nell’elaborazione dello stress e che può essere già osservata dopo un’ora di cammino. Ciò contribuisce alla comprensione di come il nostro ambiente fisico di vita influenzi il cervello e la salute mentale. Anche una breve esposizione alla natura diminuisce l’attività dell’amigdala, suggerendo che una passeggiata nella natura potrebbe servire come misura preventiva contro lo sviluppo di problemi di salute mentale e attenuare l’impatto potenzialmente svantaggioso della città sul cervello”.

Insomma, anche se viviamo in città, a inizio o fine giornata, meglio se ad entrambi, concediamoci una bella passeggiata in mezzo al verde. Magari approfittandone per portare fuori il cane. Il nostro cervello e tutto il nostro corpo ringrazieranno. E saremo meno schizzati rientrando tra le pareti domestiche o sul luogo di lavoro. Inoltre, approfittiamo dei fine settimana per fare altrettanto. Ma questo già lo sapete.

Sonja Sudimac, Vera Sale, Simone Kühn. How nature nurtures: Amygdala activity decreases as the result of a one-hour walk in nature. Molecular Psychiatry, 05 September 2022.

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Cervello e retina, verso una biomarker dell’Alzheimer

Posted on 6 settembre 2022 by Pierangelo Garzia

Per molti secoli i cervello è stato una scatola nera. Studiabile solo sul tavolo anatomico. Soprattutto per quanto riguarda le sue alterazioni. Nel volgere di qualche decennio, con l’avvento delle tecniche di visualizzazione del cervello vivente (neuroimaging), le cose sono radicalmente cambiate. E l’antico detto che gli occhi sono lo specchio dell’anima potrebbe trovare riscontro anche nello studio della retina, la parte posteriore dell’occhio che, di fatto, fa parte del cervello e alcuni suoi gruppi di cellule si collegano direttamente al sistema nervoso centrale.

Molti studi si stanno concentrando negli ultimi 20 anni sull’esame della retina per una diagnosi precoce dell’Alzheimer. In che modo? Secondo questi studi, che hanno preso in esame anche un campione di persone di 45 anni, l’assottigliamento della retina potrebbe indicare un segno precoce di Alzheimer, prima che i sintomi veri e propri si manifestino. Come spiega la ricercatrice Ashleigh Barrett-Young del Dunedin Study (una ricerca globale sulla salute e lo sviluppo dell’Università di Otago, Nuova Zelanda, che di recente ha celebrato i 50 anni dall’avvio degli studi nella popolazione): “Molti dei processi che avvengono nel cervello si verificano anche nelle cellule gangliari della retina, un altro strato di cellule che compongono la retina. Ciò include alcuni dei processi anormali comuni nella malattia di Alzheimer, come la deposizione anormale della proteina beta amiloide e la perdita di cellule”.

Siccome l’imaging della retina non è invasivo, non è doloroso e ogni scansione richiede solo pochi secondi  attraverso una apparecchiatura per la  tomografia a coerenza ottica (Oct), si rivela di importanza fondamentale per la diagnosi precoce di Alzheimer e per le relative cure che si mostrano efficaci se attuate nelle prime fasi della malattia, nonché per il cambiamento degli stili di vita che possono ritardare la progressione verso il declino cognitivo. Inoltre una semplice e rapida identificazione del rischio attraverso la scansione della retina potrà permettere di valutare le future sperimentazioni terapeutiche per l’Alzheimer.

Retinal imaging in Alzheimer’s and neurodegenerative diseases. Snyder PJ, Alber J, Alt C, Bain LJ, Bouma BE, Bouwman FH, DeBuc DC, Campbell MCW, Carrillo MC, Chew EY, Cordeiro MF, Dueñas MR, Fernández BM, Koronyo-Hamaoui M, La Morgia C, Carare RO, Sadda SR, van Wijngaarden P, Snyder HM. Alzheimers Dement. 2021 Jan;17(1):103-111.

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Sogni, cervello generativo e creatività

Posted on 27 agosto 2022 by Pierangelo Garzia

Massimo Scanziani e Yuta Senzai

Per molti secoli i sogni sono stati un mistero. Un mondo dentro il cervello che mi ha sempre affascinato. Anche per esperienze personali. Quando anni fa intervistai lo psichiatra e neuroscienziato John Allan Hobson all’indomani dell’uscita suo bellissimo The Dreaming Brain (in italiano La macchina dei sogni, Giunti)che acquistai a New York appena uscito, mi resi ulteriormente conto che la ricerca sul sogno era a una svolta epocale. Grazie alle moderne tecnologie di visualizzazione del cervello in attività si sarebbe finalmente potuto indagare, con metodi scientifici, quel mistero vecchio di secoli, se non di millenni.

L’anno prossimo saranno passati giusto settant’anni da quando, nel 1953, Eugene Aserinsky e quello che allora era ancora uno studente e oggi è considerato l’iniziatore degli studi scientifici sul sonno,  Nathaniel Kleitman, scoprirono che i movimenti oculari rapidi sotto le palpebre chiuse erano associati alle fasi in cui il cervello sogna, le famosi fasi Rem (da “rapid eye movement”). Il concomitante studio di queste fasi del sonno Rem e non-Rem grazie all’unico mezzo allora disponibile, l’elettroencefalogramma (EEG) che registra l’attività elettrica del cervello, permise di delineare i vari stadi del sonno. La scoperta delle fasi Rem è fondamentale non solo per la ricerca sul sonno ma, come si sta dimostrando, anche per lo studio complessivo del cervello. La nota curiosa e paradossale è che molti ricercatori hanno negato l’importanza delle fasi Rem, considerandole alla stregua di azioni casuali, forse per mantenere le palpebre lubrificate.

Ma cosa avviene nel cervello durante questi movimenti rapidi degli occhi associati alle esperienze oniriche? Sono davvero casuali seppure associate ai sogni? Già da anni si era ipotizzato che i movimenti degli occhi seguissero le scene allucinatorie del sogno. Ma non c’era mai stata una dimostrazione scientifica di questa presunta attività percettiva-cognitiva. In una recente ricerca sperimentale, con tecnologie di ultima generazione, da parte di Yuta Senzai e Massimo Scanziani del Dipartimento di Fisiologia e dell’Howard Hughes Medical Institute Università della California, San Francisco, si sono potute osservare le cellule della “direzione della testa” (le cosiddette “place cells”) nel cervello dei topi che sperimentano anche il sonno Rem. Queste cellule agiscono come una bussola e la loro attività mostra ai ricercatori in quale direzione il topo percepisce se stesso come direzione.

Il team ha registrato simultaneamente i dati da queste cellule sulle percezioni di direzione del topo monitorando i suoi movimenti oculari. Confrontandoli, hanno scoperto che la direzione dei movimenti oculari e della “bussola interna” al cervello del topo erano allineati con precisione durante il sonno Rem, proprio come quando il topo è sveglio e si muove. Inoltre Il team di Scanziani ha scoperto che le stesse, molteplici  parti del cervello interessate si coordinano sia durante il sogno che durante la veglia, dando credito all’idea che i sogni sono un modo per integrare le informazioni raccolte durante il giorno.

Il sogno è alla base della creatività?

Si tratta di una ulteriore dimostrazione del fatto che, durante il sogno, il nostro cervello riorganizza le memorie, sia del corpo che della mente, assembla elementi della vita quotidiana con altri totalmente inventati. E forse tutto ciò potrebbe essere alla base della creatività.

Quando diciamo che una certa arte o un certo cinema sono “onirici” e “visionari”, vedi ad esempio pittori come Hieronymus Bosch o Salvador Dalí, oppure registi come Fellini, Terry Gilliam o David Cronenberg, stiamo forse ipotizzando qualcosa che ha davvero un riscontro nel funzionamento complessivo del nostro cervello, sia durante la veglia che durante il sonno? Del resto è dimostrato anche per altre vie il fatto che staccarsi dalla realtà quotidiana, isolarsi dalle distrazioni del mondo circostante, e magari transitare in uno stato modificato di coscienza, possa favorire i processi creativi. Del resto, lo stesso John Allan Hobson, citato all’inizio, scrisse un intrigante saggio con lo storico dell’arte Hellmut Wohl, dal titolo piuttosto esplicito: Dagli angeli ai neuroni. L’arte e la nuova scienza dei sogni (Edizioni Mattioli 1885).

Ed è pure noto, dalle biografie di artisti, scienziati e musicisti, che certe intuizioni possano arrivare in sogno, oppure nelle fasi iniziai dell’addormentamento o del risveglio: nei cosiddetti stati ipnagogici e ipnopompici. Fu lo stesso chimico tedesco August Kekulé a narrare di avere scoperto, anzi “visto” come un serpente che si morde la coda (il mitico Uroboro), la formula di struttura del benzene; il giornalista ungherese Lazlo Biro che sogna una sfera intrisa di inchiostro che scorrendo sulla carta scrive e inventa la penna a sfera; il compositore Giuseppe Tartini che sogna il suo celebre “Trillo del diavolo”; Robert Louis Stevenson che sogna il fulcro del suo racconto “Lo strano caso del dottor Jekyll e del signor Hyde”, ma pure Mary Shelley col suo “Frankenstein”. E non è certo un caso che opere letterarie come queste, che intrigano sia la parte conscia che inconscia della nostra mente, rimangano come pietre miliari nel storia della letteratura e abbiano ispirato così tanti film, rappresentazioni teatrali, opere musicali e fumetti. L’ipotesi è che la mente creativa prosegua il proprio lavoro anche durante gli stati di sonno con sogno, assemblando memorie ed elementi insoliti, fino a quel momento inesistenti. Il sogno sarebbe dunque una sorta di laboratorio virtuale in cui mettere in campo cose nuove, soprattutto per cervelli abitualmente al lavoro nella produzione creativa durante la vita di veglia.

Massimo Scanziani, uno dei due autori della ricerca che citiamo qui, è dello stesso avviso riguardo i rapporti tra sogno e creatività, tanto che parla di “cervello generativo”. «Questo lavoro ci offre uno sguardo sui processi cognitivi in ​​corso nel cervello addormentato e allo stesso tempo risolve un enigma che ha suscitato la curiosità degli scienziati per decenni”», dice Scanziani. E ancora: «È importante capire come il cervello si aggiorna sulla base delle esperienze accumulate. Capire i meccanismi che ci consentono di coordinare così tante parti distinte del cervello durante il sonno ci darà un’idea di come quelle esperienze diventano parte dei nostri modelli individuali di cosa è il mondo e come funziona. Uno dei nostri punti di forza come esseri umani è questa capacità di combinare le nostre esperienze del mondo reale con altre cose che non esistono al momento attuale e potrebbero non esistere mai. Questa capacità generativa del nostro cervello è la base della nostra creatività».

Siamo partiti parlando del mistero dei sogni per approdare ad un altro, eterno dilemma: quello della creatività. Forse le ricerche presenti e future ci permetteranno di comprendere che sogno e creatività sono strettamente imparentati e magari che il mistero è unico. Sottolineo infine l’importanza del concetto di “cervello generativo”, differente da “cervello creativo”, di cui, ne sono certo, sentiremo ancora parlare.

A cognitive process occurring during sleep is revealed by rapid eye movements. Yuta Senzai, Massimo Scanziani. Science. 2022 Aug 26;377(6609):999-1004.

Vedi anche:

La telepatia che fece scoprire i ritmi cerebrali e l’EEG

Il cervello elettrico: intervista a Simone Rossi

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Pensare stanca (anche fisicamente)

Posted on 16 agosto 2022 by Pierangelo Garzia


“Ma che hai? Ti vedo distrutta”. “Sì, guarda, mi sono talmente arrovellata sui miei problemi che mi sento come se avessi caricato dei pesi per tutto il giorno…”. Capita, che ci si senta a questo modo, anche senza avere fatto nulla di particolarmente faticoso? Eccome se capita. Lo abbiamo sperimentato tutti. Ma è solo un fatto psicologico o c’è davvero qualche corrispondenza fisica? Secondo nuove ricerche sembra proprio che impegnarsi mentalmente per troppe ore lasci debilitati pure a livello fisico, con riscontri biologici specifici. Del resto abbiamo la controprova, proprio in questi giorni: impegnarci in una bella scarpinata sui monti o con delle belle nuotate al mare, pur necessitando di sforzo fisico, ci lascia più ritemprati che non una giornata sedentaria passata a pensare. E il motivo pare risiedere in quel composto biochimico chiamato glutammato che,  dopo ore e ore passate a pensare intensamente, si accumula nelle regioni della parte anteriore del cervello.

Il glutammato, un amminoacido presente anche in gran parte di ciò che mangiamo, in misura maggiore o minore, è un importante neurotrasmettitore del nostro cervello e del nostro sistema nervoso. Ma in eccesso può fare male. Tanto che vi sono alcuni farmaci per abbassarlo. Però non c’era mai stata la dimostrazione sperimentale che si potesse accumulare glutammato nel cervello eccedendo nel fare funzionare intensamente i neuroni. E sarebbe però interessante capire pure quale tipo di impegno cognitivo faccia accumulare glutammato e quindi farci sentire esausti. Dato che non tutto il pensare alla fin fine stanca.

Ma per tornare alla ricerca, guidata dallo psicologo e ricercatore Antonius Wiehler del francese Paris Brain Institute, essa si è focalizzata su una regione della parte anteriore e laterale del cervello chiamata corteccia prefrontale laterale, che molti lavori precedenti hanno dimostrato essere coinvolta in difficili compiti mentali.  Ebbene, in questa area cerebrale, attraverso una tecnica chiamata spettroscopia di risonanza magnetica (MRS) che misura in modo non invasivo i livelli di varie sostanze chimiche nei tessuti viventi, i ricercatori hanno potuto misurati i livelli di otto diverse sostanze chimiche del cervello, incluso il glutammato, che è la principale sostanza chimica di attivazione tra i neuroni.

In che modo? Sottoponendo 40 persone a svolgere attività di memoria sdraiate in uno scanner MRS. Queste includevano la visualizzazione di sequenze di numeri che appaiono su uno schermo e l’indicazione se il numero corrente era lo stesso di quello precedente. Ventisei dei partecipanti hanno svolto una versione più difficile di questo compito, mentre agli altri 14 è stata assegnata una versione più semplice. Dopo aver completato i compiti di memoria per 6 ore, quelli che facevano la versione più difficile avevano aumentato i livelli di glutammato nella loro corteccia prefrontale laterale rispetto all’inizio dell’esperimento. In coloro che svolgono il compito più semplice, i livelli sono rimasti più o meno gli stessi. In tutti i partecipanti, non c’è stato alcun aumento nelle altre sette sostanze chimiche del cervello che sono state misurate.

Come commenta la giornalista medico Chiara Wilson su “New Scientist”: «Tra i partecipanti che svolgono i compiti più difficili, il loro livello di glutammato aumentava con la dilatazione delle pupille nei loro occhi, un’altra ampia misura della fatica. Coloro che hanno svolto il compito più semplice hanno riferito di sentirsi stanchi, ma non hanno avuto aumento del glutammato o dilatazione della pupilla. I ricercatori hanno anche studiato se l’affaticamento mentale ha influenzato il processo decisionale. Lo hanno fatto intervallando il compito di memoria con diversi esercizi, come quello in cui le persone sceglievano tra ricevere una somma di denaro immediatamente o un’altra in seguito. Poiché i partecipanti al compito più difficile si sentivano più stanchi e avevano un accumulo di glutammato, sono passati a opzioni che davano immediatamente una piccola ricompensa. Questo potrebbe essere un esempio di come evitare compiti mentali difficili, come calcolare quale scelta fare, per prevenire l’accumulo di livelli di glutammato potenzialmente dannosi». “Un modo per ridurre l’accumulo di glutammato è attivare meno la corteccia prefrontale laterale durante le scelte”, afferma Wiehler. “Se lo fai, scegli più spesso l’opzione allettante”.

Vi ricorda qualcosa delle vostre giornate? Tipo quando, dopo molte ore di lavoro al computer, migrate sui social o su altri siti piacevoli o di acquisti online? Oppure le ore trascorse a vedere la tv o una di quelle serie che vi appassionano? State disattivando la vostra corteccia prefrontale laterale. Cioè state accumulando meno glutammato nel cervello. Sempreché non abbiate mangiato troppi manicaretti della cucina cinese.

Antonius Wiehler, Francesca Branzoli, Isaac Adanyeguh, Fanny Mochel, Mathias Pessiglione, “ A neuro-metabolic account of why daylong cognitive work alters the control of economic decisions”, Current Biology, August 11, 2022.

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