Tecnologie innovative
Deep Learning per compiti visivi e Atlante cellulare umano, per comprendere sempre di più come funzioniamo noi e come funziona il pianeta che ci ospita
Secondo la “Global Agenda” del World Economic Forum, altre due tecnologie innovative sono il Deep Learning per compiti visivi e l’Atlante cellulare umano.
Le scoperte del “Deep Learning” (apprendimento approfondito, ossia un insieme di algoritmi e tecniche statistiche che permettono di individuare pattern, modelli e schemi ricorrenti, in pratica delle regolarità in un insieme di dati non organizzato), un campo emergente dell’intelligenza artificiale, permettono già oggi ai computer di interpretare con successo molti tipi di immagini, anche meglio degli esseri umani. Per un business, in parte già in essere, per l’assistenza agli umani in una vasta gamma di compiti, come la guida di un veicolo o la diagnostica in ambito medico. Ora, attraverso la CNN (Convolutional Neural Network), che sta per Rete neurale convoluzionale, questi sistemi sono capaci di catalogare le specifiche razze animali con maggiore successo di quanto possano fare le persone. E imparano attraverso l’auto-formazione.
Va detto che le CNN sono state rese possibili dagli enormi progressi delle unità di elaborazione grafica e dell’elaborazione parallela nell’ultimo decennio. Per esempio si basa su questo la tecnologia che nelle automobili riconosce i pedoni. Le CNN hanno uno sbocco enorme nel settore della sicurezza, anche nella comprensione del comportamento della folla in luoghi pubblici e aeroporti. In agricoltura possono prevedere i raccolti, monitorare il livello dell’acqua e aiutare a individuare le malattie delle colture prima che si diffondano.
L’apprendimento approfondito per i compiti visivi sta facendo alcune delle sue più vaste conquiste in medicina, dove può velocizzare l’interpretazione degli esperti di scansioni e diapositive di patologie e fornire informazioni critiche in luoghi che mancano di professionisti addestrati a leggere le immagini, che si tratti di screening, diagnosi o monitoraggio della progressione della malattia o della risposta alla terapia.
Non meno fantascientifica è l’idea dell’Atlante cellulare umano.
Per capire come funziona il corpo umano in profondità – per esempio, come nascono le malattie – servirebbe una quantità straordinaria di informazioni. Come conoscere l’identità di ogni tipo di cellula in ogni tessuto. Quali geni, proteine e altre molecole sono attive in ciascuna cellula. Dove le cellule si trovano esattamente. Come le cellule normalmente interagiscono l’una con l’altra. Cosa succede al corpo quando gli aspetti genetici – o di altro tipo – di una cellula subiscono cambiamenti. Oggi tutto ciò appare impossibile. Eppure, dal 2016, un ampio consorzio internazionale di gruppi di ricerca sta facendo i primi passi verso questo obiettivo ambizioso, che hanno chiamato l’Atlante cellulare umano e che è supportato – economicamente e tecnicamente (attraverso una piattaforma aperta di coordinamento dei dati) – anche dalla Chan Zuckerberg Initiative, la fondazione benefica di Mark Zuckerberg e sua moglie Priscilla Chan.
Questo progetto è possibile grazie a una serie di risultati tecnologici, compresi i progressi negli strumenti per isolare le singole cellule, per profilare le proteine in una singola cellula in qualsiasi momento (le proteine sono i principali “motori” del corpo) e per sequenziare rapidamente e in modo economico il DNA e l’RNA. E integrerà la ricerca esplorando un sacco di robe strane, che, partendo dal genoma, arriverà a trascrittoma (l’RNA ottenuto dai geni), proteoma (proteine), metaboloma (piccole molecole, come zuccheri, acidi grassi e amminoacidi, coinvolti o generati dai processi cellulari) e fluxome (reazioni metaboliche i cui tassi possono variare in condizioni diverse).
Questi risultati verranno mappati in diverse sottoregioni di cellule e dovrebbero portare a uno strumento che simulerà tutti i tipi e stati di cellule nel nostro corpo e fornire nuove conoscenze sui processi patologici e su come intervenire in essi.
In questo ambito uno dei progetti più avanzati è l’Atlante delle Proteine Umane (iniziato nel 2003), che coinvolge ricercatori provenienti da diversi Paesi, tra cui Svezia, Danimarca, Corea del Sud, Cina e India; e che adesso include una mappa ad alta risoluzione delle posizioni di oltre 12mila proteine in 30 compartimenti subcellulari.
Tutti i risultati sono disponibili per la comunità di ricerca senza restrizioni. Gli utenti possono interrogare il database per esplorare le proteine in qualsiasi organo o tessuto principale, oppure possono concentrarsi su proteine con proprietà specifiche.
Completare l’Atlante della cellula umana non sarà facile, ma sarà uno strumento incommensurabilmente prezioso per migliorare e personalizzare l’assistenza sanitaria planetaria.
