Scienza
Una rete neurale di Dna sintetico ha riconosciuto la scrittura a mano molecolare
di Luca Tremolada
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I ricercatori del Caltech (California Institute of Technology) hanno sviluppato unarete neurale artificiale fatta di DNA in grado di risolvere un classico problema di apprendimento automatico: identificare correttamente i numeri scritti a mano. Il lavoro è un passo significativo nel dimostrare la capacità di programmare i circuiti biomolecolari sintetici. In prospettiva le macchine molecolari artificiali potrebbero per esempio rendere più sensibili all’ambiente materiali come vernici o bende. «La diagnostica comune rileva la presenza di alcune biomolecole, ad esempio colesterolo o glicemia - ha spiegato Kevin Cherry ricercatore del laboratorio -. Usando circuiti biomolecolari più sofisticati come il nostro, i test diagnostici potrebbero un giorno includere centinaia di biomolecole, con l'analisi e la risposta condotte direttamente nell'ambiente molecolare».

Lo studio che verrà pubblicato nel prossimo numero di Nature, dimostra sopratutto come sia possible programmare i comportamenti “intelligenti” (la capacità di calcolare, fare scelte e altro) in reti neurali artificiali fatte di Dna.

La difficoltà del riconosciento della scrittura manuale. La scrittura manuale può variare molto, e quindi quando una persona esamina una sequenza di numeri scarabocchiati, il cervello esegue complessi compiti computazionali per identificarli. La difficoltà per un algoritmo è quella di associare lettere disegnate in modo leggermente diverso. Per un uomo la ricerca delle somiglianze di un numero scritto da persone diverse è intuitiva per una macchina non lo è.

Le reti neurali artificiali sono modelli matematici ispirati al cervello umano. Per apprendere le differenze una rete neurale artificiale deve analizzare migliaia di esempi manoscritti di un numero in modo da “apprendere” a generalizzare le caratteristiche da singoli esempi e formarsi un'idea astratta di come appare un numero scritto.

La scrittura a mano nella provetta. Nel caso di uma macchina molecolare la scrittura a mano non assume la forma di un numero. Ogni numero molecolare era basato su un numero scritto a mano tradotto in uno schema a 20 bit in una griglia a 100 bit (10x10). Ciascuno dei bit sulla griglia era rappresentato da una molecola di DNA e queste molecole di DNA venivano assegnate a un posto su una griglia concettuale 10x10 prima di essere mescolate insieme in una provetta. I ricercatore hanno quindi deciso di trasformare i numeri molecolari in composti di filamenti di Dna unici scelti tra 100 molecole, ciascuno assegnato per rappresentare un singolo pixel in una griglia 10 per 10. Questi filamenti di Dna sono stati mescolati insieme in una provetta. Nell’esperimento la rete neurale in grado di distinguere tra sei e sette lettere tradotte in strutture molecolari. Questo metodo è stato testato su 36 diverse lettere “manoscritte” che la rete neurale del Dna è stata in grado di riconoscere. Come mostrato nel video Cherry ha usato un approccio “vincitore prende tutto” per consentire alle reti neurali del DNA di distinguere tra i numeri sintetizzando una cosiddetta molecola “annientatore”.

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