Immagine generata da una IA generativa specializzata nella creazione di immagini, dalla seguente descrizione testuale: “attività variabile in un processore di silicio che assomiglia a una rete neurale artificiale ».
Le decisioni umane prese in condizioni di incertezza sono spesso imprevedibili, così come lo è l’attività cerebrale ad esse associata. Un team dell’Inserm del Laboratorio di Neuroscienze Cognitive e Computazionali dell’École Normale Supérieure – Università PSL ha appena scoperto i vantaggi nascosti di questa imprevedibilità. Questo lavoro, basato su simulazioni di reti neurali utilizzate nell’intelligenza artificiale, potrebbe contribuire a una migliore comprensione di alcune malattie psichiatriche i cui sintomi si esprimono in situazioni di incertezza, come ad esempio i disturbi ossessivo-compulsivi o la schizofrenia. I risultati sono appena stati pubblicati in Progressi della scienza.
Come si adatta il nostro cervello a una situazione inaspettata? Se non si è mai confrontato prima e non ha feedback che favoriscano una scelta rispetto ad un’altra, come riesce a prendere una decisione? Per fare un esempio concreto: cosa fare quando la metropolitana o l’autobus non arrivano e le informazioni comunicate a voce o sui tabelloni sono vaghe? È meglio aspettare, provare un’altra strada, camminare? Avere la capacità di adattarsi e prendere decisioni di fronte a situazioni impreviste è essenziale nella nostra vita quotidiana.
Valentin Wyart, direttore della ricerca dell’Inserm, e il suo team stanno cercando di capire come il cervello si adatta a queste situazioni impreviste che si presentano quotidianamente.
“Molti neuroscienziati cercano di identificare circuiti cerebrali specifici per ciascuna funzione cognitiva, e questo è il caso dell’adattamento all’incertezzaspiega il ricercatore. Ma questo approccio non tiene conto né dell’evoluzione del cervello né del suo funzionamento. Siamo quindi partiti da un’altra ipotesi, radicalmente diversa: la capacità di adattamento del nostro cervello sarebbe una conseguenza naturale del suo funzionamento. »
È infatti noto che l’attività cerebrale è variabile e soggetta a fluttuazioni inspiegabili quando abbiamo esperienze, che si manifestano come segnali elettrici imprevedibili. In laboratorio, ciò si traduce in una grande variabilità nelle risposte cerebrali quando lo stesso partecipante è esposto a più ripetizioni della stessa stimolazione, come ad esempio un’immagine o un suono.
“Abbiamo immaginato che il nostro cervello potesse fare affidamento su queste fluttuazioni di attività per riconfigurarsi di fronte a situazioni nuove e impreviste”precisa Valentin Wyart.
In altre parole, l’adattamento all’incertezza non si baserebbe su un circuito cerebrale dedicato, ma avverrebbe senza sforzo, sfruttando l’attività variabile del nostro cervello.
Per testare questa ipotesi, il team si è rivolto a strumenti di intelligenza artificiale, in questo caso reti neurali artificiali, ispirate alle reti neurali del nostro cervello e in grado di simulare processi cognitivi come la memoria, l’apprendimento o il processo decisionale. I ricercatori hanno prima insegnato a queste reti neurali artificiali a prendere decisioni in situazioni prevedibili. Alcune di queste reti non mostravano variabilità e si attivavano sempre allo stesso modo nelle stesse situazioni. Altri, invece, erano stati modificati dai ricercatori per presentare un’attività variabile, come quella del cervello umano. Il team ha poi esposto i due tipi di reti neurali a nuove situazioni, comprese fonti di incertezza a cui non erano mai stati esposti prima.
Le reti variabili hanno poi mostrato un’impressionante capacità di adattarsi in modo quasi ottimale a fonti di incertezza che non avevano mai incontrato, laddove le reti senza variabilità hanno mostrato un comportamento rigido e disadattivo. Concretamente, le reti giocavano ad una slot machine dalla quale avevano imparato alcune combinazioni vincenti. Quando i ricercatori hanno introdotto nuove combinazioni, le reti variabili riuscivano a indovinare quali erano vincenti mentre le reti senza variabilità fallivano sistematicamente.
Come possiamo spiegare questo beneficio nascosto della variabilità cerebrale? L’attività variabile potrebbe consentire alle reti neurali del nostro cervello di essere flessibili e di riconfigurarsi molto rapidamente quando arrivano nuove informazioni.
Oltre ad aprire interessanti prospettive per comprendere meglio il funzionamento del cervello umano, questi risultati potrebbero avere applicazioni pratiche anche nell’intelligenza artificiale, per lo sviluppo di sistemi capaci di adattarsi a situazioni impreviste senza richiedere riprogrammazione o formazione specifica. Infatti, gli strumenti basati sull’intelligenza artificiale che potremmo utilizzare in futuro – come ad esempio un sistema di guida autonoma – devono essere in grado di adattarsi a situazioni per le quali non sono stati specificamente formati.
Inoltre, questa scoperta ci incoraggia a esplorare la variabilità cerebrale e a misurarne l’impatto nel contesto di alcune malattie psichiatriche che hanno un impatto deleterio sul processo decisionale in situazioni di incertezza, come ad esempio i disturbi ossessivo-compulsivi o la schizofrenia.
“Stiamo attualmente studiando la variabilità cerebrale nei pazienti affetti da queste malattie psichiatriche, ma anche i neurotrasmettitori che potrebbero essere coinvolti nella regolazione di questa variabilità”conclude Valentin Wyart.
