Alzheimer, Parkinson e schizofrenia: supercomputer per studiare e curare
Mettere insieme tutte le conoscenze disponibili sul cervello umano in un unica macchina per poter cercare possibili nuove terapie. Il progetto Human Brain Project è stato finanziato dalla Commissione Europea per quasi 2 miliardi. Stefano Cappa, docente di Neuroscienze cognitive al San Raffaele: "Potrebbe sembrare qualcosa di impossibile ricreare un cervello umano, ma il contenuto del progetto è concreto
Mettere insieme tutte le conoscenze disponibili sul cervello umano in un unico supercomputer su cui poter studiare le patologie del sistema nervoso e possibili nuove terapie. E perchè no? Anche per dare il via alla creazione di macchine superintelligenti. E’ lo scopo dello Human Brain Project (Hbp), emblematicamenre ribattezzato il “Cern del cervello”. Il progetto è stato finanziato dalla Commissione Europea con 54 milioni di euro per i prossimi 30 mesi, per un investimento complessivo di circa 1,19 miliardi di euro in dieci anni.
La sola idea ha messo in subbuglio la comunità dei neuroscienziati. Molti soldi, considerate le attuali contingenze economiche. Forse troppo ambizioso, visto che nessuno è mai riuscito a raggruppare in un cervellone informatico i miliardi di pezzi di cui è composto il più misterioso organo umano. La sola idea ha messo in subbuglio la comunità dei neuroscienziati, alcuni molto scettici sugli esiti del progetto. “Il progetto è imponente, ma potrebbe lasciare perplessi le persone che pensano che c’è qualcuno che ha speso un sacco di tempo e sforzi per la realizzazione di qualcosa che non serve a nulla”, dice Chris Eliasmith della University of Waterloo in Ontario, Canada. Tuttavia, a crederci sono i ricercatori di ben 87 istituti di ricerca europei e internazionali, tra cui alcuni italiani che avranno un ruolo determinante.
“Sappiamo che è un progetto visionario, ma sono questi a far muovere il mondo”, dice Francesco Saverio Pavone del Laboratorio europeo di spettroscopia non-lineare (Lens) dell’Università di Firenze. Dentro il supercervellone, che dovrebbe essere pronto entro il 2020, i ricercatori metteranno tutte le informazioni acquisite sul funzionamento delle molecole, dei neuroni e dei circuiti neuronali, abbinate a quelle sui più potenti database attualmente sviluppati grazie alle tecnologie ICT. Alla fine si dovrebbe ottenere un simulatore dell’intera attività del cervello umano. Un modello simile, con cento miliardi di neuroni, permetterebbe di studiare possibili terapie per contrastare malattie quali Alzheimer, Parkinson, epilessia e schizofrenia. Il patrimonio di dati, messi a disposizione su piattaforme avanzate, sarà offerto agli scienziati di tutto il mondo. “Contiamo di ottenere risultati importanti anche nelle tappe intermedie del progetto”, dice Pavone.
Il ricercatore coordina il lavoro sull’imaging ottico dell’intero progetto Human Brain. In particolare, il suo gruppo si occuperà di generare una mappatura completa dell’intera rete del cervello mediante tecniche innovative di microscopia ottica con risoluzioni molto superiori agli attuali sistemi di immagine. Queste informazioni risulteranno essenziali per capire sia i meccanismi di funzionamento legati alla stessa struttura del cervello, che la natura di molte patologie, ed infine poter simulare entro il 2020 il cervello con un super computer dedicato, come previsto dal progetto bandiera.
Il contributo degli istituti di ricerca e cura in Italia. Il contributo del gruppo del Politecnico di Torino si inquadra nel filone di ricerca relativo alla progettazione di hardware neuromorfico, cioè sistemi elettronici di calcolo in grado di ripetere alcune delle funzionalità di base del cervello umano. In particolare, le ricerche svolte dal Politecnico si focalizzano sullo sviluppo di nuove soluzioni architetturali, componenti e dispositivi nanoelettronici, e le relative metodologie di progettazione automatica, che verranno utilizzati nel contesto della piattaforma di simulazione HBP al fine di migliorarne le prestazioni (quantità di dati trattabili, velocità e capacità di calcolo). Il gruppo dell’IRCCS Fatebenefratelli, Centro Italiano per l’Alzheimer e le malattie mentali, guidato da Giovanni Frisoni, si occuperà di rendere accessibili grandi set di dati raccolti in ampi studi epidemiologici mondiali. I dati relativi all’Alzheimer e alle altre malattie neurodegenerative verranno fatti correre sulla piattaforma neuGRID, un’infrastruttura digitale che permette di condurre velocemente analisi complesse, così da incoraggiare nuovi approcci allo studio delle malattie del cervello.
L’unità di ricerca dell’Università di Pavia coordinata da Egidio D’Angelo del Dipartimento di Brain and Behavioral Sciences è impegnata nella divisione di simulazione di HBP e coordina un task critico per l’intero progetto riguardante lo sviluppo di modelli matematici dei neuroni e la loro integrazione in reti neuronali di larga scala. I modelli verranno integrati con i dati sperimentali ottenuti in varie unità di HBP e consentiranno la simulazione di componenti dell’attività cerebrale a vari livelli di complessità, dai neuroni ai circuiti alle funzioni motorie e cognitive, con estensioni allo studio delle patologie del sistema nervoso dell’uomo.
L’Italia ospiterà anche un’infrastruttura del progetto presso il centro di supercalcolo del CINECA. Questo si occuperà di fornire una piattaforma per l’analisi di ingenti quantità di dati riguardanti anatomia, fisiologia, genomica e molte altre discipline collegate alle neuroscienze. La gestione e l’interpretazione di questa mole di informazioni permetterà di utilizzarle efficacemente nella piattaforma di simulazione.
A credere nelle potenzialità del progetto non è solo chi ne è stato coinvolto in prima persona. A esserne entusiasta è ad esempio, Stefano Cappa, docente di Neuroscienze cognitive al San Raffaele di Milano, che guarderà con interesse agli sviluppi del progetto. “Potrebbe sembrare qualcosa di impossibile ricreare un cervello umano, ma il contenuto del progetto è concreto”, dice. “Negli ultimi decenni abbiamo scoperto e raccolto tantissime informazioni e ora abbiamo bisogno di metterle insieme e capire come funziona il cervello. Per farlo serve un approccio multidisciplinare, quantitativo, matematico e computazionale”. Degli ultimi progressi sullo studio del cervello se ne parlerà dall’11 al 17 marzo in occasione della Settimana Mondiale del Cervello, promossa in Italia dalla Società Italiana di Neurologia.
di Valentina Arcovio