BIOLOGIA COMPUTAZIONALE

Intelligenza artificiale per scoprire le "vie" nascoste dell’organismo

Data di pubblicazione Venerdì 13 dicembre 2019 Tempo di lettura circa 4 minuti di lettura

La rivista Science Advances pubblica il lavoro realizzato dal giovane ricercatore dell’USI Diego Pizzagalli, con Rolf Krause (direttore dell’Istituto di Scienze computazionali) e Santiago González (IRB)
di Elisa Buson

Una foresta fitta di sentieri intricati ancora in gran parte inesplorati: ecco l’immagine che meglio rappresenta il corpo umano. Cellule e molecole sono come villaggi nascosti tra le fronde, collegati da percorsi spesso invisibili ma importantissimi da scoprire, per chiarire meglio cosa accade al loro interno e cosa va storto quando insorgono le malattie. Solo così è possibile capire, per esempio, quali cellule ribelli rischiano di generare metastasi tumorali e vanno quindi colpite con una terapia mirata: una premessa fondamentale per aprire le porte alla medicina di precisione del futuro.

L’impresa è tutt’altro che facile, ma un contributo nuovo e significativo può arrivare dall’intelligenza artificiale, al centro di uno studio pubblicato sulla rivista Science Advances da Diego Pizzagalli, giovane ricercatore dell’Università della Svizzera Italiana (USI), insieme a Rolf Krause, direttore dell’Istituto di Scienze computazionali all’USI, e Santiago González, direttore del laboratorio “Infection and Immunity” all’Istituto di Ricerca in Biomedicina (IRB) di Bellinzona.

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L’idea è nata tre anni fa, quando Pizzagalli ha deciso di sviluppare un nuovo sistema di intelligenza artificiale che lo aiutasse ad analizzare i globuli bianchi al microscopio per velocizzare le ricerche del suo dottorato, sostenuto da “The Swiss Initiative in Systems Biology”. Quello che doveva essere un mero strumento di lavoro, però, si è rivelato talmente efficiente da poter essere impiegato nell’analisi di svariati dati biometrici provenienti da pazienti e campioni biologici, con applicazioni che potrebbero portare a diagnosi e terapie sempre più personalizzate, nel campo dell’oncologia come in quelli dell’immunologia e della cardiologia.

«Il corpo umano è un sistema altamente complesso e i metodi di intelligenza artificiale sono fondamentali per scoprirne il funzionamento - racconta Pizzagalli. - Molti vedono il computer come un mago capace di risolvere tutti i problemi, altri invece lo vorrebbero usare come uno schiavo a cui delegare il lavoro più pesante e grossolano. Con il nostro sistema di intelligenza artificiale, invece, il computer diventa un membro dell’equipe, un prezioso collaboratore con cui analizzare al meglio i dati biometrici più complessi».

Al bando paure e sospetti infondati: l’uomo non viene soppiantato, anzi, la sua guida resta fondamentale. «Siamo come degli artigiani – afferma il ricercatore – perché per far funzionare il sistema non basta un semplice clic: serve molta pratica». Il cervellone artificiale va infatti addestrato, trasferendogli quello che noi umani abbiamo già scoperto circa i meccanismi che regolano il funzionamento del nostro organismo. «Se gli diciamo che il punto A è collegato a B passando per C e D, il computer lo memorizza e ne tiene conto per scoprire se ci sono altre connessioni tra i punti che noi non riusciamo a vedere. Queste connessioni sono fondamentali per capire se esistono gruppi di punti simili tra loro» - aggiunge Pizzagalli. Ma esattamente, cosa sono questi punti? «Sono un concetto astratto, possono rappresentare qualsiasi cosa. Nell’ambito biomedico possono essere persone diverse, cellule, o perfino i battiti del nostro cuore».  È infatti grazie a un elettrocardiogramma, registrato in mezz’ora su un paziente particolarmente problematico, che l’intelligenza artificiale ha dimostrato le proprie capacità: è bastato indicarle alcuni battiti normali e alcuni battiti anomali, perché riconoscesse ulteriori tipi di aritmie cardiache. «Il sistema non ha bisogno di studiare grandi quantità di dati, gliene bastano pochi: questo rappresenta un importante vantaggio, perché non tutti i settori della biomedicina possono contare su grandi database».

Secondo Pizzagalli, sarà proprio la ricerca scientifica a beneficiare per prima di questa innovazione, per mettere il “turbo” allo studio di malattie come i tumori. «Abbiamo messo alla prova la nostra intelligenza artificiale facendole analizzare il profilo genetico di 39 pazienti colpiti da tre tipi diversi di leucemia, e alla fine è riuscita a riconoscerli e distinguerl - ricorda Pizzagalli. - Non era un compito facile, perché si trattava di esaminare un dato complesso con molti parametri: ben 9.999 geni». Il successo in questo caso fa ben sperare: potrebbe infatti aprire la strada alla cosiddetta “patologia digitale”, uno scenario (non troppo lontano da noi) in cui «l’occhio umano che analizza lentamente le immagini al microscopio sarà sostituito da computer che lo faranno in modo automatico, per formulare diagnosi più affidabili e veloci ma sempre sotto la supervisione dell’uomo». Forse smetteremo di guardare i computer con sospetto, non appena inizieranno a salvare vite umane.