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Può l’evoluzione biologica aiutare i computer ad apprendere come gli esseri umani?

Traendo ispirazione dall’evoluzione, alcuni ricercatori sostenuti dall’UE, hanno adottato un nuovo approccio basato su algoritmi evolutivi per aiutare i programmi informatici a cercare soluzioni ai problemi.

Economia digitale

In che modo imparano gli esseri umani? Mentre viviamo la nostra vita quotidiana, acquisiamo nuove conoscenze e competenze, perfezioniamo le competenze che già possediamo e creiamo nuovi ricordi basati sulle nostre esperienze. Secondo gli scienziati, questa straordinaria capacità di adattamento è possibile grazie alla plasticità sinaptica del cervello che permette il cambiamento delle connessioni tra neuroni, o sinapsi. Ciò costituisce la differenza fondamentale tra esseri umani e computer odierni che sono soltanto in grado di svolgere azioni pre-programmate. Un gruppo di ricercatori sostenuti dai progetti Human Brain Project (HBP, HBP SGA1, HBP SGA2 e HBP SGA3) e ICEI, finanziati dall’UE, si è ora occupato del problema dell’apprendimento automatico avvalendosi di un nuovo approccio basato sui cosiddetti algoritmi evolutivi. L’approccio di nuova concezione è noto come l’approccio «evolversi per apprendere». Tramite questo approccio, «i programmi informatici cercano soluzioni a problemi simulando il processo dell’evoluzione biologica, quali il concetto di sopravvivenza degli esemplari più adatti», secondo lo studio pubblicato sulla rivista «eLife». Nell’ambito di questi algoritmi evolutivi, l’«adattività» di una soluzione è stabilita da quanto bene risolve il problema.

Gestire tre scenari di apprendimento

I ricercatori hanno presentato gli algoritmi evolutivi con tre scenari di apprendimento tipici. Nel primo scenario, il computer doveva individuare uno schema ripetitivo in un flusso continuo di informazioni senza ottenere alcun riscontro sulle proprie prestazioni. Il secondo scenario verteva sull’apprendimento per rinforzo, per cui il computer riceveva premi virtuali ogni volta che si comportava nella maniera desiderata. Infine, nel terzo scenario, denominato apprendimento supervisionato, al computer veniva comunicato con esattezza quante delle sue azioni deviavano dal comportamento desiderato. «In tutti questi scenari, gli algoritmi evolutivi sono stati in grado di scoprire meccanismi di plasticità sinaptica e, quindi, di eseguire con successo un nuovo compito», osserva il co-autore principale dello studio, il dott. Jakob Jordan dell’Università di Berna, partner del progetto, in un comunicato stampa di «EurekAlert!». Risolvere i compiti ha richiesto un bel po’ di creatività. «Ad esempio, l’algoritmo ha riscontrato un nuovo modello di plasticità in cui i segnali che abbiamo definito sono combinati per creare un nuovo segnale. In effetti, constatiamo che le reti che impiegano questo nuovo segnale apprendono più velocemente rispetto alle precedenti regole conosciute», osserva nel medesimo comunicato stampa il co-autore principale, il dott. Maximilian Schmidt del centro RIKEN per la scienza del cervello, con sede in Giappone. L’utilizzo degli algoritmi evolutivi per analizzare in che modo imparano i computer fornirà agli scienziati informazioni preziose sulla modalità di funzionamento del cervello e potrebbe gettare le fondamenta per lo sviluppo di computer che riescono ad adattarsi meglio alle esigenze degli utenti. «Consideriamo l’approccio “evolversi per apprendere” promettente per acquisire informazioni approfondite sui principi di apprendimento biologico e accelerare i progressi verso la realizzazione di macchine potenti di apprendimento artificiale», afferma l’autore senior, il dott. Mihai Petrovici. Il dott. Jordan conclude: «Ci auspichiamo che velocizzerà la ricerca sulla plasticità sinaptica del sistema nervoso.» L’obiettivo di HBP (The Human Brain Project) e delle sue tre fasi successive, HBP SGA1 (Human Brain Project Specific Grant Agreement 1), HBP SGA2 (Human Brain Project Specific Grant Agreement 2) e HBP SGA3 (Human Brain Project Specific Grant Agreement 3), consiste nell’aiutare i ricercatori a fare progredire le proprie conoscenze nell’ambito delle neuroscienze, dell’informatica e della medicina correlata al cervello. Il progetto ICEI (Interactive Computing E-Infrastructure for the Human Brain Project) ha riunito cinque dei centri di supercalcolo più importanti d’Europa per la configurazione di un sistema appositamente adattato alla ricerca neuroscientifica. Per maggiori informazioni, consultare: sito web del progetto The Human Brain Project sito web del progetto ICEI

Parole chiave

HBP, HBP SGA1, HBP SGA2, HBP SGA3, ICEI, Human Brain Project, cervello, apprendimento, algoritmo evolutivo, plasticità sinaptica, programma informatico

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