neuroscienze - 09/05/11

Un programma software che simula il funzionamento del cervello umano e che non riesce a dimenticare facilmente, dà luogo a sintomi di una schizofrenia virtuale e suggerisce ai ricercatori indizi sulle caratteristiche del cervello schizofrenico.

Alla University of Texas e a Yale, utilizzando computer programmati con reti neurali che simulavano un rilascio eccessivo di dopamina, si è scoperto che la rete richiamava i ricordi in modo del tutto simile a quello dei pazienti schizofrenici.

I risultati sono stati pubblicati nel numero di aprile della rivista Biological Psychiatry.

Scrive il Dr. U. Grasemann: "La nostra ipotesi è che la dopamina codifichi l'importanza (salienza) dei ricordi. Un'attività dopaminergica esagerata può portare a salienza eccessiva, cosicché il cervello finisce per ricordare cose che non dovrebbe".

I risultati corroborano l'ipotesi sul funzionamento della schizofrenia nota come ipotesi dell'iperapprendimento, secondo la quale il cervello delle persone schizofreniche perde le normali capacità di dimenticare e ignorare ricordi e percezioni. Senza poter dimenticare, si perde la capacità di estrarre ciò che ha davvero significato dall'oceano di stimoli a cui il cervello è continuamente sottoposto. Lo schizofrenico inizia a fare connessioni che non sono reali, annegando nella quantità di connessioni possibili tanto da diventare incapace di mettere insieme una parvenza di storia coerente.

La rete neurale usata da Grasemann e dal suo supervisore, il Dr. R. Miikkulainen, porta il nome di DISCERN. Progettata da Miikkulainen, DISCERN è capace d'imparare il linguaggio naturale. Nel loro studio è stata impiegata per simulare cosa succede al linguaggio in conseguenza di 8 diversi tipi di disfunzioni neurologiche.

I risultati dell'esperimento sono stati confrontati da R. Hoffmann, professore di psichiatria a Yale, con le sue conoscenze di prima mano sul comportamento dei pazienti schizofrenici.

Per condurre l'esperimento, Grasemann e Miikkulainen hanno insegnato a DISCERN alcune semplici storie. Le storie sono state assimilate nella memoria di DISCERN in modo simile a ciò che avviene negli esseri umani, ovvero come associazioni probabilistiche fra parole, frasi e sequenze di fatti.

Una rete neurale è un programma software che impara dagli esempi. Si mostrano alla rete degli esempi più e più volte, rinforzando l'associazione fra input e output quando la rete la esprime nel modo corretto. Dopo molte ripetizioni, la rete ha imparato a fornire l'output desiderato a fronte di un certo input.

Per simulare l'iperapprendimento schizofrenico i ricercatori hanno alterato uno dei parametri che regolavano il funzionamento della rete, simulando un rilascio eccessivo di dopamina e dicendo in sostanza alla rete di dimenticare di meno.

"L'oblio è un meccanismo fondamentale" dice Grasemann. "Abbiamo scoperto che esasperando il tasso di apprendimento in DISCERN si producono anormalità nel linguaggio che sembrano quelle di un paziente schizofrenico".

Dopo l'alterazione del tasso di apprendimento DISCERN ha iniziato a produrre storie fantastiche e deliranti, che includevano elementi da altre storie apprese in precedenza. In un caso, ad esempio, DISCERN si è autoaccusata della responsabilità di un attentato terroristico.

In un altro caso, DISCERN ha mostrato segni di deragliamento del pensiero, rispondendo alle richieste con un guazzabuglio di frasi sconnesse, digressioni improvvise e salti avanti e indietro dalla prima alla terza persona narrativa.

"Le informazioni sono processate dalle reti neurali in modo simile a come sono trattate nel cervello" dice Grasemann. "Perciò la nostra ipotesi era che si sarebbero degradate nello stesso modo. E infatti così è stato".

Il parallelo fra la rete neurale modificata usata nell'esperimento e la schizofrenia negli esseri umani non è prova definitiva che l'ipotesi dell'iperapprendimento sia corretta. Tuttavia, si tratta di una conferma e della dimostrazione di quanto le reti neurali possono essere utili nella comprensione del cervello.

Bibliografia:

R. E. Hoffman, U. Grasemann, R. Gueorguieva, D. Quinlan, D. Lane, R. Miikkulainen. 2011. Using Computational Patients to Evaluate Illness Mechanisms in Schizophrenia. Biological Psychiatry._