Il neurone artificiale che parla il linguaggio della vita

Davide Tempesta

13 Ottobre 2025
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Presso l’Università del Massachusetts Amherst, in collaborazione con il MIT, un gruppo di ricercatori ha sviluppato un neurone artificiale capace di funzionare con parametri straordinariamente simili a quelli delle cellule nervose biologiche. Non è un semplice modello digitale, come quelli utilizzati da anni nelle simulazioni computazionali, ma un vero e proprio dispositivo fisico che produce segnali elettrici confrontabili con quelli emessi dal cervello umano in termini di ampiezza, durata e consumo energetico. I dati pubblicati su Nature Communications parlano di impulsi di poche decine di millivolt e tempi di scarica nell’ordine dei millisecondi, con un dispendio di energia ridotto a frazioni di picojoule, valori che coincidono con quelli dei neuroni viventi. La portata di questa scoperta non si limita a un traguardo ingegneristico: rappresenta un cambio di prospettiva su come biologia e tecnologia possano integrarsi, abbattendo la barriera storica che separava le macchine dai sistemi naturali.

Nanofili batterici come conduttori del futuro

Il nucleo di questa innovazione si fonda su un elemento insolito: i nanofili proteici conduttivi prodotti dal batterio del suolo Geobacter sulfurreducens. In natura, questo microrganismo sfrutta tali strutture per trasferire elettroni nell’ambiente circostante, partecipando a processi geochimici di ossidoriduzione che regolano il ciclo del ferro e di altri minerali. I ricercatori hanno avuto l’intuizione di impiegare questi filamenti come componenti elettronici, trasformandoli in conduttori in grado di operare a bassissime tensioni.

Integrati in un memristore — dispositivo che conserva memoria del passaggio della corrente, emulando le proprietà di plasticità sinaptica — e collocati in un circuito RC semplificato, hanno dato vita a un sistema che genera spike elettrici continui, regolari e autoregolati. Ciò che colpisce non è solo la fedeltà con cui questi segnali riproducono i potenziali d’azione dei neuroni, ma anche la loro efficienza: ogni impulso consuma una quantità di energia quasi irrisoria, riducendo drasticamente la distanza che separava finora l’elettronica neuromorfica dalle prestazioni del cervello umano.

Il linguaggio chimico dei neuroni

Il lavoro del team non si è fermato alla riproduzione delle caratteristiche elettriche. Uno dei tratti distintivi del sistema nervoso è infatti la modulazione chimica, attraverso la quale molecole come dopamina, serotonina o noradrenalina influenzano l’attività dei circuiti neuronali, regolando frequenza e intensità delle scariche. Per incorporare questo livello di complessità, gli scienziati hanno introdotto sensori resistivi basati su materiali innovativi come PEDOT:PSS, grafene e polimeri BBL.

Questi elementi sono in grado di reagire a variazioni nella concentrazione di ioni o neuromodulatori, traducendo l’informazione chimica in una modifica della frequenza di scarica del neurone artificiale. In laboratorio, la dimostrazione di questa sensibilità è stata particolarmente eloquente: il dispositivo è stato collegato a microtessuti di cardiomiociti umani, cellule cardiache coltivate in vitro che riproducono il battito e l’attività elettrica del cuore. Il neurone artificiale ha saputo leggere questi segnali in tempo reale e distinguerne le condizioni fisiologiche, riconoscendo differenze tra lo stato basale e quello alterato dall’esposizione a norepinefrina. Si tratta di una prova concreta che la tecnologia non solo replica l’elettricità del cervello, ma ne imita anche la capacità di rispondere al linguaggio chimico, aprendo prospettive radicalmente nuove per le interfacce ibride.

Prospettive e implicazioni globali

Le applicazioni possibili di una simile scoperta sono tanto immediate quanto visionarie. In campo medico, l’integrazione di neuroni artificiali con parametri biologici reali potrebbe dar vita a dispositivi impiantabili in grado di dialogare con i tessuti umani senza bisogno di amplificazioni o adattatori esterni: pacemaker che modulano il proprio ritmo in funzione delle condizioni cellulari, interfacce cervello-macchina più naturali ed efficaci, o sensori intelligenti capaci di monitorare in tempo reale parametri fisiologici critici. Sul versante tecnologico, l’introduzione di neuroni artificiali estremamente parsimoniosi dal punto di vista energetico potrebbe rivoluzionare l’informatica neuromorfica, inaugurando sistemi di calcolo che non solo si ispirano al cervello, ma ne replicano da vicino l’efficienza e l’eleganza.

Dal punto di vista geografico e sociale, non è un caso che questo avanzamento arrivi da un’area come il Massachusetts, in cui università di punta, centri di ricerca e startup high-tech convivono in un ecosistema denso e fertile. Al tempo stesso, la scelta di utilizzare materiali provenienti da organismi ambientali sottolinea il legame profondo tra tecnologia e natura: l’innovazione nasce dall’osservazione dei processi primordiali, e dalla capacità di trasformare ciò che la biologia ha affinato in milioni di anni in strumenti per il futuro dell’umanità.