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Il cervello è un computer

Abbiamo chiesto ad alcuni esperti di fare chiarezza sulla convinzione di lunga data che cervello e computer elaborino le informazioni allo stesso modo.

di Dan Falk 07-09-21
È un'analogia che risale agli albori dell'era dei computer: da quando abbiamo scoperto che le macchine possono risolvere i problemi manipolando i simboli, ci siamo chiesti se il cervello potesse funzionare in modo simile. Alan Turing, per esempio, che si pose il problema di come costruire una macchina per pensare nel 1950, predisse che entro il 2000 si sarebbe potuto parlare di macchine pensanti senza che nessuno si scandalizzasse. 

Se le macchine potevano pensare come i cervelli umani, era naturale chiedersi se i cervelli potessero funzionare come macchine. Naturalmente, nessuno scambierebbe il materiale appiccicoso all'interno del cervello con la CPU all'interno del laptop, ma al di là delle differenze superficiali, è stato suggerito, potrebbero esserci importanti somiglianze. 

Oggi, dopo tutti questi anni, gli esperti sono divisi. Sebbene tutti siano d'accordo sul fatto che i nostri cervelli biologici creano la nostra mente cosciente, permane una divisione sulla questione di quale ruolo è svolto dall'elaborazione delle informazioni, la somiglianza cruciale che si presume condividano cervello e computer.

Sebbene il dibattito possa avere un sapore accademico, in realtà ha implicazioni nel mondo reale: lo sforzo di costruire macchine con un’intelligenza simile a quella umana dipende almeno in parte dalla comprensione di come funzionano effettivamente i nostri cervelli e di quanto siano simili o meno. alle macchine. Se si potesse dimostrare che il cervello funziona in un modo radicalmente diverso da un computer, andrebbero in crisi molti approcci tradizionali all'intelligenza artificiale. 

La domanda può anche modellare il nostro senso di chi siamo. Fintanto che i cervelli e le menti sono considerati unici, l'umanità può immaginare di essere davvero molto speciale. Vedere i nostri cervelli come nient'altro che sofisticati macchinari computazionali potrebbe mettere tutto in discussione. Abbiamo chiesto agli esperti di dirci quali sono i principali motivi a sostegno delle diverse tesi.

CONTRO: Il cervello non può essere un computer perché è biologico.

Tutti concordano sul fatto che le cose reali all'interno di un cervello, "progettate" nel corso di miliardi di anni dall'evoluzione, sono molto diverse da quelle che gli ingegneri di IBM e Google inseriscono nel laptop o nello smartphone. Per cominciare, i cervelli sono analogici. I miliardi di neuroni del cervello si comportano in modo molto diverso dagli interruttori digitali e dalle porte logiche di un computer digitale. 

"Sappiamo dagli anni 1920 che i neuroni non si accendono e si spengono semplicemente", afferma il biologo Matthew Cobb dell'Università di Manchester nel Regno Unito. "Man mano che lo stimolo aumenta, il segnale aumenta", spiega. "Il modo in cui un neurone si comporta quando viene stimolato è diverso da qualsiasi computer che abbiamo mai costruito". 

Blake Richards, neuroscienziato e informatico alla McGill University di Montreal, è d'accordo: il cervello "elabora tutto in parallelo, in un tempo continuo" piuttosto che a intervalli discreti, afferma. Al contrario, i computer digitali di oggi impiegano un design molto specifico basato sull'architettura originale di von Neumann. Funzionano in gran parte scorrendo passo dopo passo un elenco di istruzioni codificate in un banco di memoria, mentre accedono alle informazioni archiviate in slot di memoria discreti. 

"Niente di tutto ciò ha alcuna somiglianza con ciò che accade nel cervello", afferma Richards. Eppure, il cervello continua a sorprenderci: negli ultimi anni, alcuni neuroscienziati hanno sostenuto che anche i singoli neuroni possono eseguire determinati tipi di calcoli, paragonabili a ciò che gli scienziati informatici chiamano XOR, o disgiunzione esclusiva.

PER: Certo che può! La struttura attuale è da rivedere.

Ciò che fanno cervello e computer è fondamentalmente lo stesso, anche se l'architettura è diversa. "Quello che sembra fare il cervello è descritto in modo abbastanza appropriato come elaborazione delle informazioni", afferma Megan Peters, scienziata cognitiva dell'Università della California, a Irvine. "Il cervello registra picchi, vale a dire brevi esplosioni di attività che durano circa un decimo di secondo, e onde sonore e fotoni e li converte in attività neurale, che rappresenta le informazioni".

Richards, che è d'accordo con Cobb sul fatto che il cervello funzioni in modo molto diverso dai computer digitali di oggi, tuttavia crede che il cervello sia, in effetti, un computer. "Secondo l'uso della parola in informatica, un computer è un qualsiasi dispositivo in grado di implementare molte diverse funzioni calcolabili", afferma Richards. Secondo questa definizione, “il cervello non è semplicemente come un computer. È letteralmente un computer”.

Michael Graziano, neuroscienziato della Princeton University, fa eco a questa posizione. “C'è un concetto più ampio di cosa sia un computer, come un dispositivo che riceve informazioni e le manipola e, su tale base, sceglie gli output. E un "computer" in questa concezione più generale è ciò che è il cervello; questo è quello che fa."

Ma Anthony Chemero, scienziato cognitivo e filosofo dell'Università di Cincinnati, obietta. "Quello che sembra essere successo è che nel tempo abbiamo annacquato l'idea di 'calcolo' in modo che non significasse più nulla", dice. "Sì, il cervello è attivo e permette di conoscere le cose, ma non si tratta più di vero calcolo".

PER: I computer tradizionali potrebbero non essere simili al cervello, ma le reti neurali artificiali lo sono.

Tutte le più grandi scoperte nell'intelligenza artificiale odierne hanno coinvolto le reti neurali artificiali, che utilizzano "strati" di elaborazione matematica per valutare le informazioni di cui si alimentano. Alle connessioni tra i livelli vengono assegnati dei valori (approssimativamente, un numero che corrisponde all'importanza di ogni connessione rispetto alle altre, come nel caso di un professore che elabora un voto finale sulla base di una serie di risultati del quiz, ma assegna un peso maggiore al test finale). 

Questi valori vengono regolati man mano che la rete è esposta a un numero sempre maggiore di dati, fino a quando l'ultimo livello non produce un output. Negli ultimi anni, le reti neurali sono state in grado di riconoscere volti, tradurre lingue e persino imitare il testo scritto dall’uomo

"Una rete neurale artificiale è in realtà fondamentalmente solo un modello a livello algoritmico di un cervello", afferma Richards. "È un modo per cercare di modellare il cervello senza fare riferimento ai dettagli biologici specifici del funzionamento del cervello". Richards sottolinea che questo era l'obiettivo esplicito dei pionieri delle reti neurali come Frank Rosenblatt, David Rumelhart e Geoffrey Hinton: "Erano specificamente interessati a cercare di capire gli algoritmi che il cervello usa per implementare le funzioni che il cervello calcola con successo".

Gli scienziati hanno recentemente sviluppato reti neurali il cui funzionamento si dice assomigli più da vicino a quello del cervello umano reale. Uno di questi approcci, la codifica predittiva, si basa sulla premessa che il cervello cerca costantemente di prevedere quali input sensoriali riceverà successivamente; l'idea è che "tenere il passo" con il mondo esterno in questo modo aumenta le sue possibilità di sopravvivenza, cosa che la selezione naturale avrebbe favorito. È un'idea riproposta da Graziano. "Il movimento permette al cervello di essere in grado di interagire fisicamente con il mondo esterno", dice. “Lo scopo del cervello è fare previsioni”.

CONTRO: Anche se i cervelli funzionano come reti neurali, non sono ancora processori di informazioni.

Non tutti pensano che le reti neurali supportino l'idea che i nostri cervelli siano come i computer. Un problema è che sono imperscrutabili: quando una rete neurale risolve un problema, potrebbe non essere affatto chiaro come lo ha risolto, rendendo più difficile sostenere che il suo metodo sia in qualche modo simile a quello del cervello. “Le reti neurali artificiali su cui stanno lavorando ora persone come Hinton sono così complicate che anche se si prova ad analizzarle per capire come vengono memorizzate e manipolate le informazioni, non si va molto lontani", afferma Chemero. “Più diventano complicate, più diventano poco comprensibili”.

Ma i difensori dell'analogia cervello-computer dicono che non importa. “Non si possono indicare gli 1 e gli 0 ”, dice Graziano. "Il meccanismo è distribuito secondo uno schema di connettività che è stato appreso grazie all’interazione dei neuroni artificiali, quindi è difficile 'parlare' esattamente di cosa sono le informazioni, dove sono archiviate e come sono codificate, anche se si sa che sono lì".

PER: Il cervello deve essere un computer; l'alternativa è la magia. 

Se si è convinti che il cervello fisico crei la mente, allora il calcolo è l'unico percorso praticabile, dice Richards. "Computazione significa solo fisica", continua. "L'unica altra opzione è che si sta proponendo una sorta di 'anima' o 'spirito' magico o qualcosa del genere... Ci sono letteralmente solo due opzioni: o si sta eseguendo un algoritmo o si sta usando la magia".

CONTRO: La metafora del cervello come computer non può spiegare come deriviamo il significato.

Non importa quanto sofisticata possa essere una rete neurale, le informazioni che la attraversano in realtà non significano nulla, afferma Romain Brette, neuroscienziato teorico al Vision Institute di Parigi. Un programma di riconoscimento facciale, per esempio, potrebbe classificare un viso in particolare come mio o tuo, ma alla fine sta solo monitorando le correlazioni tra due serie di numeri. "C’è sempre bisogno di qualcuno che gli dia un senso, che pensi, che percepisca", spiega. 

Il che non significa che il cervello non elabori le informazioni. "Il calcolo è probabilmente molto importante nella spiegazione della mente, dell'intelligenza e della coscienza", afferma Lisa Miracchi, filosofa dell'Università della Pennsylvania. Tuttavia, sottolinea che ciò che fa il cervello e ciò che fa la mente non sono necessariamente la stessa cosa. E anche se il cervello è simile a un computer, la mente potrebbe non esserlo: "I processi mentali non sono processi computazionali, perché sono intrinsecamente significativi, mentre i processi computazionali non lo sono".

La questione se il cervello sia o meno come un computer sembra dipendere in parte da cosa intendiamo per "computer". Ma anche se gli esperti potessero concordare una definizione, la questione sembra improbabile che venga risolta in tempi brevi, forse perché è così strettamente legata a spinosi problemi filosofici, come il rapporto mente-corpo e l'enigma della coscienza. 

Dan Falk è un giornalista scientifico di Toronto. Ha pubblicato The Science of Shakespeare e In Search of Time.

(rp)