Intellingenza artificiale: traduce i pensieri in parole

Molte persone vittime di incidenti o di malattia neurodegenerative perdono la capacità di utilizzare la parola per esprimersi. La parola è il mezzo principale che gli uomini utilizzano nelle interazioni: una difficoltà ad esprimersi limita di molto le possibilità di vivere serenamente in società. Ma non solo. Nei casi più gravi si fa fatica addirittura a comunicare agli altri i proprio bisogni e necessità, come la fame, il freddo o il dolore. Migliorare la condizione di vita di queste persone è una delle sfide dell’ingegneria biomedica moderna. 

Linguaggio: dal cervello alle parole

Un complesso linguaggio verbale è una delle caratteristiche peculiari dell’uomo che lo distingue da tutti gli altri animali. Alcuni studi testimoniano che la possibilità di trasferire la conoscenza acquisita attraverso complesse forme di linguaggio sia stata determiniate nello sviluppo cognitivo dell’uomo che l’ha portato a diventare la specie dominante nel pianeta. 

La comprensione e la produzione di parole e pensieri sono delle funzioni estremamente complesse ed enigmatiche che coinvolgono numerose aree del cervello e una grande quantità di muscoli facciali. Esprimersi tramite le parole è un’azione molto complessa: deve coordinare conoscenze semantiche e grammaticali e associarle ai fonemi prodotti tramite le contrazioni dei muscoli. Diversi tipi di lesioni possono compromettere varie fasi di questo complicato processo, compromettendo la capacità di parlare e pensare. Un esempio molto famoso è quello di Stephen Hawking. 

Il PC di Stephen Hawking che permetteva allo scienziato di comunicare con gli altri esseri umani, nonostante la malattia

Il grande astrofisico e matematico era affetto da una forma di SLA (detta PMA) che colpisce i motoneuroni. Essi controllano il movimento dei muscoli volontari: compromettendo il loro funzionamento si rendono impossibili anche i movimenti più basilari, tra cui anche esprimersi con le parole. Inizialmente riusciva ad esprimersi scrivendo su una tastiera, ma con il progredire della malattia questa soluzione divenne impraticabile. La malattia del professor Hawking gli permetteva di produrre dei piccoli movimenti con la muscolatura del volto e con i bulbi oculari. Venne quindi sviluppato un complesso sistema di tracking degli impercettibili movimenti del viso basato su sensori a raggi infrarossi che codificava le parole del fisico e le riproduceva tramite un sintetizzatore. Il grande limite di questo sistema è la velocità: Stephene Hawking riusciva a produrre circa 10 parole al minuto. In una conversazione mediamente si possono raggiungere le 100-150 parole al minuto. 

Riuscire a comunicare per una persona persona affetta da una malattia neuredegenerativa è una grande conquista, ma la tecnologia attuale è ancora lontana dal donare a queste persone una vita normale

Tradurre pensieri in parole: le frontiere dell’intelligenza artificiale

Comunicare con i movimenti del viso non è naturale ed è per questo che il processo è molto più lento. L’unico modo per velocizzare il processo è arrivare direttamente alla fonte delle parole, bypassando il collegamento con i muscoli deteriorato dalla patologie neuro-degenerative. Dai pensieri nel cervello nascono le parole ed è proprio qui che i ricercatori hanno lavorato per riuscire a produrre un sistema di espressione verbale artificiale più efficiente. 

Nasce così un dispositivo sviluppato da un gruppo dell’Università della California a San Francisco coordinato da Gopala Anumanchipalli e descritto in un articolo nella rivista Nature. L’innovativa interfaccia cervello macchina è in grado di convertire l’attività cerebrale del cervello in vere e proprie parole. Carlo Miniussi, direttore del Centro Mente Cervello (Cimec), dell’Università di Trento a Rovereto ha spiegato all’ANSA: 

Questa ricerca è una dimostrazione che in futuro saremo in grado creare strumenti che tradurranno il pensiero in ‘azioni’ come la parola. Il risultato, in linea con altri simili ottenuti anche in Italia, mostra che ci sono delle chiare prospettive per la costruzione di ‘neuro-protesi’ che possono migliorare la nostra esistenza, non solo quando siamo affetti da una patologia che compromette la nostra capacità di parlare, ma anche per controllare arti robotici. 

Il dispositivo, facendo uso di particolari strutture di intelligenza artificiale chiamate reti neurali ricorrenti – utilizzate molto spesso anche nel riconoscimento di parole scritte -, è in grado di decodificare i segnali generati dalla corteccia cerebrale associandoli ai movimenti degli organi coinvolti nel linguaggio, come labbra, mandibola, lingua, e laringe. In pratica non si va a “leggere” direttamente nel pensiero del paziente, ma si va capire quali muscoli associati al linguaggio si attivano. Sulla base di questi dati sono poi stati ricostruiti i suoni tramite un sintetizzatore. Per allenare la rete neurale sono state registrate le attività cerebrali di cinque volontari mentre parlavano ad alta voce. Durante i test il sistema è riuscito ad interpretare e riprodurre 101 frasi pensate dai volontari, correttamente identificate e trascritte da altri volontari in ascolto. Il risultato è davvero interessante perché la mole di dati utilizzata è molto limitata ed allenare gli algoritmi di intelligenza artificiale utilizzando questo approccio non è mai semplice. 

Una interfaccia cervello macchina utilizzata per gli esperimenti di “lettura” del pensiero

I risultati sono per tanto estremamente incoraggianti e la speranza è quella di riuscire a produrre delle neuro-protesi di nuova generazioni in grado di restituire la capacità di parlare a pazienti non più in grado di farlo a causa di lesioni o malattie come Parkinson e SLA. In futuro una interfaccia cervello macchina di questo tipo potrebbe essere utilizzata per creare protesi intelligenti comandate direttamente con il pensiero. Ci aspetta un futuro cyberpunk alla “Ghost in the Shell” in cui l’essere umano viene potenziato elettronicamente? Siamo ancora molto distanti dalla comprensione e riproduzione delle funzioni neurali superiori, tuttavia la ricerca sta ottenendo ottimi risultati nella decodifica dei segnali che controllano i muscoli e id conseguenza tutte le nostre azioni come la capacità di esprimerci a parole. In ogni caso, per adesso, gli sforzi si stanno concentrando sulla possibilità di aiutare persone con vari tipi di disabilità neurologiche. 

La struttura di una rete neurale ricorrente

Dalla sezione scienze è tutto! Speriamo di vedere presto i risultati di queste interessanti ricerche e non temete: i vostri pensieri sono al sicuro!