Cinquantamila.it La storia raccontata da Giorgio Dell'Arti

Nella sua camera da letto ha costruito un sole artificiale composto da sette lampade che la mattina si accendono gradualmente imitando l’alba. Dalla tv ha rimosso schermo e microchip, sostituendoli con libri scientifici. Steve Potter, il geniale ricercatore del Georgia Institute of Technology che ha creato il primo robot governato da cellule neuronali estratte da un topo, sembra l’incarnazione dell’Archimede dei fumetti. Occhialini circolari e il sorriso pronto di chi ama mettere a proprio agio l’interlocutore di turno, Potter è un vulcano di idee: nel (poco) tempo libero, si lancia con il parapendio, scatta fotografie, fa escursioni in montagna, raccoglie minerali. E smonta e rimonta congegni meccanici d’ogni tipo. Nella sua biografia ufficiale indica fra le principali occupazioni anche il «sognare a occhi aperti» e deve essere stato durante una di queste sessioni di pensiero tangenziale che gli è spuntata nella testa una strana domanda: «Possono delle cellule nervose di un animale ricollegarsi fra loro e generare un cervello a sé stante?». Per rispondere al quesito, Potter ha collegato una coltura di cellule neuronali estratte da un topo a una serie di sensori che raccolgono gli impulsi e li trasmettono tramite Internet a un piccolo robot comandandolo così a distanza. La creatura è stata ribattezzata hybrot, un robot ibrido che ha un hardware meccanico ma una mente biologica. I movimenti del robot vengono a loro volta tradotti in impulsi da una serie di sensori e rimandati alla cultura di cellule: la grande sfida di Potter è verificare se questi input in arrivo dall’hybrot modifichino il comportamento della rete di neuroni, dimostrando che questa macchina col cervello d’animale sa imparare e memorizzare. Secondo Potter, «se riusciremo a scoprire come funziona il meccanismo di apprendimento e trasmissione dei comandi potremo trovare un rimedio alle disfunzioni di questi processi negli uomini, ad esempio per i pazienti che hanno perso il controllo di un arto o che soffrono di deficit dell’attenzione». Le possibili applicazioni sono illimitate: le tecniche di interfaccia neuronale sviluppate da Potter potrebbero venire utilizzate per comandare protesi artificiali direttamente con impulsi del cervello oppure per dotare di cervello le auto del futuro, che sarebbero finalmente in grado di guidarsi da sé rispondendo in tempo reale agli imprevisti della strada. Professor Potter, come è nata l’idea degli hybrot? Sono stato ispirato dai lavori delle conferenze sulla riproduzione dei comportamenti adattivi, intitolate ”Dagli animali agli animati”. Era il 1991 e dovevo decidere come avrei potuto studiare i processi di apprendimento e di memoria per la mia tesi di PhD. Leggendo gli estratti dei convegni mi accorsi che l’idea prevalente era quella di dare un corpo alla memoria e così ho pensato che sarebbe stata una buona idea combinare una rete di cellule coltivate con un ”recipiente” esterno, nel caso specifico un robot. In questo modo sarebbe stato più semplice studiare i processi rispetto a quando si lavora sulle reti nervose degli animali vivi. Quando ha iniziato a interessarsi a questo filone di ricerca? Mi ha sempre affascinato l’idea di unire il biologico al meccanico. Credo comunque di aver cominciato a occuparmi in concreto di questo tipo di studi fin dal 1985, quando ero ancora uno studente universitario. Quali altri centri nel mondo lavorano sui robot ibridi? Non mi risultano altri gruppi che stiano facendo esattamente il nostro tipo di esperimenti, cioè collegare delle cellule viventi a un corpo meccanico. So però che il professor Fernando Mussa-Ivaldi, del dipartimento di ingegneria meccanica alla Northwestern University, ha usato un paio di anni fa una sezione di cervello di una lampreda (quindi non delle cellule coltivate) per controllare lo stesso robot Khepera che poi abbiamo utilizzato anche noi. Poi ci sono anche altri gruppi, fra questi quelli diretti da Miguel Nicolelis del centro medico della Duke University, da John Chapin del Suny Health Center di Brooklyn, da Joseph Donoghue del dipartimento di scienze neurologiche della Brown University e da Andy Shwartz del dipartimento di neurobiologia dell’università di Pittsburgh che utilizzano elettrodi impiantati in ratti o scimmie per controllare arti meccanici a distanza. Ma sono sicuro che ce ne sono anche altri e spero di potermi confrontare presto con il loro lavoro. Quali problemi tecnici ha dovuto affrontare? Abbiamo dovuto realizzare un software molto complesso in grado di processare informazioni in tempo reale in modo da elaborare instantaneamente i dati delle cellule neuronali e inviarli al robot. E abbiamo lavorato duramente per sviluppare un nuovo sistema di coltivazione delle cellule (brevetto americano 6.521.451) che ci permette di mantenere le cellule in vita in una coltura per lungo tempo, in modo da consentire la realizzazione di studi di lunga durata. Le cellule neuronali utilizzate sono mantenute in vita per circa due anni. Poi cosa succede? La vita media delle cellule coltivate è di due anni perché poi di norma insorge un’infezione di funghi che le uccide. Non avendo più un sistema immunitario, le cellule sono destinate a soccombere di fronte a una qualsiasi infezione. è un problema di cui dovremo tenere conto più avanti, ma per il momento non è una delle nostre principali preoccupazioni. Quali sono i vantaggi degli hybrot rispetto ad altri robot? Per ora sono solo strumenti di ricerca per studiare i processi di apprendimento, di memoria e di elaborazione delle informazioni. I computer che utilizziamo al momento non sono in grado di fare niente di rivoluzionario, se non andare in giro per una stanza o muovere degli oggetti da una parte all’altra. Ma la nostra speranza è che quanto apprenderemo sulle reti neuronali ci darà lo spunto su come aiutare persone con handicap fisici o con difficoltà di apprendimento o di memoria. Se un domani sarà possibile controllare una protesi con un semplice impulso del cervello, è chiaro che avremo raggiunto un risultato straordinario. è uno sviluppo ancora lontano, ma è possibile da un punto di vista teorico. I vostri hybrot utilizzano i robot prodotti da una società svizzera, la K-team: com’è nata la vostra collaborazione? I loro sistemi robotici sono utilizzati in molti laboratori di ricerca degli Stati Uniti ed esiste molto software open-source per aiutare a controllarli. Per noi è stata un’ottima idea scegliere i robot creati dal K-team (in particolare i due modelli Khepera e Koala) anche perché possiamo imparare dall’esperienza di tutti gli altri ricercatori che utilizzano questo tipo di piattaforma. Grazie allo scambio di informazioni possiamo ridurre sensibilmente il nostro processo di apprendimento e avere importanti indicazioni di percorso. Come riuscite a misurare eventuali modifiche nella struttura morfologica delle cellule? Utilizziamo telecamere ad alta velocità e reagenti che rispondono al voltaggio insieme a un microscopio che scannerizza le immagini con tecnologia al fotone. In questa maniera riusciamo a rilevare cambiamenti nella struttura morfologica e riscontrare indizi di una crescita della coltura di cellule. L’idea di base è che la crescita della coltura di cellule sia associata al processo di apprendimento. Utilizzare cellule viventi per controllare una macchina solleva problemi etici agli occhi di alcuni. Lei che ne pensa? Non lo considero affatto un problema. Utilizzare cellule viventi è ben diverso che fare sperimentazioni su animali vivi. Del resto le cellule viventi vengono utilizzate comunemente nella vita di tutti i giorni per produrre pane o birra e di questo non si è mai scandalizzato nessuno. Voi avete utilizzato cellule di topo. è legittimo prevedere che in un futuro il suo o un altro team utilizzerà cellule umane? è già possibile da un punto di vista tecnico? Sì, tecnicamente lo si potrebbe già fare a partire da domani. Ostacoli seri non ne vedo. Negli Stati Uniti però non ci sono tessuti di feto umano utilizzabili per scopi di ricerca perché l’amministrazione Bush ha ”congelato” quelli disponibili e ristretto grandemente il loro campo di utilizzo. Per quanto riguarda il nostro laboratorio, visto che i neuroni adulti non crescono bene in un terreno di coltura, al momento escludiamo qualsiasi progetto di utilizzare cellule umane per i nostri esperimenti. E credo di poter dire che lo stesso vale anche per il futuro. Si può considerare questo il campo di ricerca del futuro? Può cambiare il modo in cui viviamo, e in che maniera? Non voglio creare eccessivi entusiasmi. Preferisco dire che per il momento questo tipo di studi costituisce uno strumento di base per la ricerca scientifica. Spero tuttavia che altri laboratori utilizzino nel futuro gli hybrot per esplorare questioni di loro interesse. La scienza nel suo complesso può migliorare la vita di tutti tramite una migliore comprensione dei meccanismi del cervello e delle sue interazioni. Una volta capiti nel dettaglio i meccanismi di funzionamento dei processi neuronali, è ovvio che le porte del futuro si spalancano. In attesa di tutto ciò, il professor Potter si gode i capolavori - se così si possono definire - di uno dei suoi hybrot di maggiore successo. Il cervello è presso il suo laboratorio al Georgia Institute of Technology e il braccio dall’altra parte del mondo, a Perth in Australia. Utilizzando un normale collegamento Internet, la mente (anche in questo caso una coltura di cellule di topo) invia nell’altro continente i comandi al braccio, che dipinge su un foglio di carta in tempo reale. Per ora la qualità dei dipinti lascia a desiderare, ma se il cervello imparerà attraverso l’esperienza, dallo strano miscuglio tra biologico e meccanico potrebbe nascere, perché no, persino un artista. Corrado Poggi

CORRADO POGGI MACCHINA DEL TEMPO