Galileo Giornale di scienza e problemi globali

Apprendere, questo è il problema

Un robot diserbante, in grado di distinguere attraverso l’esame di alcuni parametri (colore, dimensione e simmetria delle foglie) le erbe “cattive” da estirpare da quelle buone. Quello realizzato all’Istituto danese di scienze agrarie di Tjele è solo uno degli esempi di applicazione delle reti neurali. Nonostante i risultati siano soddisfacenti, l’affidabilità non è ancora totale: il riconoscimento, la capacità di distinguere, di differenziare, infatti, è ancora oggi uno dei limiti più significativi di queste complesse e ingegnose strutture ispirate al funzionamento dei sistemi biologici. Dei limiti e delle possibilità di sviluppo delle reti neurali si è discusso a Erice nel corso dei lavori della Scuola internazionale di Reti Neurali del Centro di cultura scientifica “Ettore Majorana”. “Le neuroscienze”, spiega Maria Marinaro, ordinario di Fisica teorica nell’Università di Salerno e direttore del corso di Erice, “sono in continua evoluzione: negli ultimi anni, è stato scoperto che le sinapsi (giunzioni fra due cellule nervose) non sono semplici interruttori bensì strutture complesse in continua modificazione”. È stata questa la scoperta che ha consentito di realizzare reti neurali che simulano il comportamento del cervello umano. Oggi le reti neurali artificiali trovano già applicazione nei monitoraggi clinico-medici e ambientali e nei settori di controllo e sicurezza. “Ma i punti deboli della teoria delle reti attuali sono due”, dice Marinaro: “comprendere i meccanismi di funzionamento del cervello biologico, e modellare matematicamente questi meccanismi per costruire macchine adatte a risolvere problemi complessi quali il riconoscimento di immagini, il coordinamento delle azioni motorie che è di forte interesse nella robotica, il riconoscimento della voce”.Il problema dell’apprendimento, rimane, dunque, quello più corposo e di non semplice soluzione. “L’apprendimento biologico”, spiega ancora la ricercatrice, “avviene tramite un processo di modifica dello stato delle sinapsi. Tuttavia i meccanismi che portano a questa modifica non sono ancora del tutto noti. A Erice sono stati discussi i diversi meccanismi molecolari che possono dar luogo a tali modifiche e proposti modelli basati sulla correlazione tra tempi di emissione e ricezione dei segnali da parte dei neuroni. Dalla discussione si è delineato un nuovo approccio di ricerca che suggerisce l’uso della teoria del caos per modellare funzioni di apprendimento capaci di risolvere il problema del riconoscimento di figure sovrapposte”. Riconoscere figure sovrapposte è un compito abbastanza complesso dal punto di vista percettivo. Del resto non è un caso se nel cervello umano sono ben 140 i geni – divisi per gruppi – implicati, a vario titolo, nei processi di apprendimento e memoria. La teoria del caos, tuttavia, oggi sembra essere la strada più promettente per cercare di emulare la funzionalità della nostra materia grigia: Agnessa Babloyantz dell’Università di Libre (Bruxelles), nell’ultimo decennio ha eseguito elettroencefalogrammi del cervello e li ha interpretati con tecniche derivate dalla teoria del caos. Dimostrando così che nei soggetti sani si riscontra un’alta dimensione frattale, con ritmi irregolari e caotici; gli Eeg eseguiti su soggetti durante una crisi epilettica hanno invece evidenziato che i tracciati hanno una bassa dimensione, sono più semplici. Ne consegue che il cervello per funzionare a pieno regime si comporta con irregolarità. Una nuova, affascinante, sfida è quindi partita.

Galileo Servizi Editoriali

• Epatite C sei in trappola L'ESPRESSO

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• Raccontare il tempo e i tempi della scienza FESTIVAL DELLE SCIENZE

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  Raccontare il tempo e i tempi della scienza

  Bruno Arpaia
  Francesco Cavalli Sforza
  Stefania Polvani
  
  Moderatore Elisa Manacorda, Galileo
  

  
  Il tempo è una sfida per la comunicazione scientifica. Rendere conto di questa complessa variabile nel racconto della scienza è un compito che i comunicatori sono chiamati a svolgere con chiarezza e rigore, senza mancare però di affascinare e coinvolgere il pubblico. Grazie alla partecipazione di esperti di comunicazione, l’incontro punterà l’attenzione sui diversi modi in cui è possibile parlare del tempo nella scienza, a partire da tre particolari aree di interesse così da offrire il più ampio scenario possibile: la fisica, con la teoria del Big Bang; l’evoluzione, con la storia del viaggio attraverso il tempo dell’essere umano; la medicina narrativa, che usa i tempi del racconto della malattia per migliorare la condizione del paziente.

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• Tempo e stress FESTIVAL DELLE SCIENZE

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  Tempo e stress

  Lectio Magistralis di Ronald D. Siegel

  Introduce: Lorenzo Mannella, Galileo

  Lo “stress” è legato alle fantasie sul futuro: anche se in un dato momento proviamo un grande disagio, non ci sentiamo molto stressati a meno di non immaginare che il disagio si protrarrà nel tempo. Tre milioni di anni fa, i nostri antenati erano in competizione con altri animali selvatici nella savana africana. Essi sopravvissero perché ereditarono una risposta di “combattimento o fuga” che li aiutava ad affrontare l’emergenza con azioni tempestive in caso di minaccia, e perché svilupparono la capacità di pensare al passato, immaginare il futuro e pianificare azioni di conseguenza. Mentre questi sistemi, presi singolarmente, contribuivano in maniera efficace al miglioramento della sopravvivenza, operando insieme sono diventati una fonte di stress continuo. Fortunatamente molte culture umane hanno finito col trovare dei modi per allenare la mente a sospendere questa costante pianificazione della sopravvivenza, astrarsi dal flusso di pensieri e assaporare il momento presente. Questa conferenza esplorerà i modi in cui la scienza moderna sta adattando queste tecniche antiche per alleviare lo stress del mondo moderno.

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• La scienza fatta dal basso LINX MAGAZINE

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  La scienza fatta dal basso

  Dal videogioco per trovare la forma delle proteine a quello per classificare la morfologia delle galassie: con la citizen science, si gioca per contribuire alla ricerca.

  (continua a leggere qui)

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