L’intelligenza artificiale può anche aiutare a comprendere da un punto di vista microscopico il funzionamento del cervello attraverso lo studio dei singoli neuroni. Ne parliamo con Ilya Auslender, assegnista di ricerca vincitore della borsa Marie Skłodowska-Curie, che collabora all’interno del Laboratorio di Nanoscienze del Dipartimento di Fisica.
Perché l’Ia può essere un valido supporto per capire come funziona il cervello umano?
«L’intelligenza artificiale emula il funzionamento del cervello. Pertanto si può usare nel processo inverso per capire alcune funzioni del cervello, fino ad un certo livello di accuratezza, sulla base dei dati sperimentali derivanti dall’analisi di una rete neurale artificiale».
I risultati della vostra ricerca possono contribuire ad approfondire la conoscenza attuale del cervello umano? In quali campi?
«Il cervello umano è un sistema complesso e misterioso studiato da scienziati di varie discipline. I risultati raggiunti potrebbero suggerire alcune metodologie per comprendere le varie funzionalità del cervello. Ad esempio, grazie al modello di intelligenza artificiale che abbiamo sviluppato di recente, riusciamo a elaborare una mappa della connettività tra le diverse aree del tessuto sotto esame. Nell’ambito della ricerca farmacologica questa mappa potrebbe servire per analizzare come il sistema nervoso risponde a varie sostanze. Inoltre, potrebbe essere usata nella mappatura del cervello per svelare le dinamiche complesse delle reti neurali e approfondire la conoscenza del funzionamento del cervello e delle connessioni tra le sue componenti».
Dopo aver studiato e conseguito il dottorato di ricerca in Israele perché ha deciso di proseguire la sua formazione accademica a Trento?
«Dopo il dottorato volevo fare un’esperienza di ricerca all’estero. Uno dei miei professori mi ha parlato del gruppo del professor Pavesi, che aveva appena vinto un Erc nel campo della fotonica neuromorfica. Sono stato selezionato e sono arrivato a Trento alla fine di gennaio 2020, poco prima del lockdown. Ho approfittato di questo periodo di isolamento forzato per approfondire la conoscenza di alcune aree scientifiche come machine learning e biofisica, che mi sarebbero servite nella mia attività di ricerca. Poi ho vinto la borsa Marie Curie e ora sto scrivendo un progetto ERC Starting Grant in cui l’Università di Trento è la host institution. Il mio progetto riguarda lo sviluppo di piattaforme sperimentali e computazionali per studiare le malattie neurofunzionali come l’epilessia.
Harnessing the power of AI to understand the human brain
A conversation with Ilya Auslender, research fellow at the Department of Physics of UniTrento
Artificial Intellingence can also be a valid support to understand the functions of the human brain microscopically through the analysis of single neurons. We discuss it with Ilya Auslender, Marie Skłodowska-Curie postdoctoral fellow, who leads his research at the Nanoscience Laboratory of the Department of Physics.
Why could AI be a valid instrument to understand how human brain works?
«AI has been inspired by the brain function, so now we can use it also backwards, meaning that we can use an artificial neural network along with experimental data to train it reconstructing, up to some level of accuracy, some of the brain functions. In fact, our recent modeling work does implement this approach».
Might the outputs of your research deepen the current knowledge of the human brain? In what particular fields?
«The human brain is one of the complex and mysterious systems that are studied worldwide by researchers of different areas. Our results might suggest some methodologies to approach different functionalities of the brain. For example, from our recently developed AI-model, we obtain a connectivity map between different areas of the tissue under test. This could enhance pharmacological research by offering insights into how the nervous system responds to different substances. Moreover, it can be employed in brain mapping, where its detailed analysis can help uncover the intricate dynamics of neural networks, revealing more about how the brain functions and how its components are connected».
Why did you choose to continue your academic career in Trento after graduating and earning your Phd in Israel?
«After my PhD, I was looking for a postdoctoral position abroad, because I wanted to gain research experience also outside my home country. One of my ex-professors in Israel told me about the group of Prof. Pavesi in Trento. I checked it online and saw that the group was hiring a postdoc to a big European project on neuromorphic photonics. I was hired as a postdoc. I came to Trento in the end of January 2020, just about a month and a half before the big COVID-19 lockdown happened. I took advantage of this period to study scientific topics that I wasn’t familiar with, and which could advance me in the current research (such as Machine Learning and biophysics).
After a few months in the group, I decided to write a project proposal for a Marie-Curie grant, with the support of Prof. Pavesi and UniTrento. In February 2021 I got a positive response from the European commission that my project proposal was selected to be funded. At the moment, I am preparing to write a proposal for ERC starting-grant with UniTrento as host institution. The proposal will deal with developing experimental and computational platforms for studies of neurofunctional diseases, such as epilepsy».