IA per creare nostri gemelli digitali (pazienti virtuali)

Aggiornamento: 6 giu


A cura di Daniele Caligiore, Primo Ricercatore nell’Istituto di Scienze e Tecnologie della Cognizione del CNR, dove si occupa di Intelligenza Artificiale per lo studio del cervello, direttore e cofondatore della «Advanced School in AI», per lo studio interdisciplinare dell’Intelligenza Artificiale e tra i soci fondatori dell’azienda spin-off ISTC-CNR AI2Life, start-up innovativa dedita a soluzioni di Intelligenza Artificiale per promuovere sviluppo sociale e benessere delle persone. Ha pubblicato più di 80 articoli scientifici su journal internazionali, atti di conferenze e capitoli di libri ed è valutatore per il MIUR e per la Commissione Europea di proposte di progetti di ricerca nell’ambito dell’intelligenza artificiale e delle neuroscienze. Recentemente ha pubblicato per Il Mulino il volume “IA istruzioni per l’uso”.



L’intelligenza artificiale studia la possibilità di realizzare macchine e programmi informatici in grado di analizzare le situazioni e imparare dall’esperienza come risolvere autonomamente i problemi, senza necessariamente l’aiuto dell’uomo. L’apprendimento non è una prerogativa di tutte le forme di intelligenza artificiale, ci sono infatti alcuni sistemi che sono programmati dall’uomo per svolgere un determinato compito (in genere ripetitivo). Nel seguito però parleremo per lo più dell’intelligenza artificiale che apprende: è questa infatti che sta cambiando e che cambierà il nostro modo di vivere. Ci riferiremo spesso all’intelligenza artificiale utilizzando semplicemente l’acronimo IA (in inglese AI, “artificial intelligence”). Il campo di studio dell’intelligenza artificiale è molto vasto e multidisciplinare. Nasce come disciplina informatica con forti legami con l’elettronica e la robotica ma, poiché manifesta aspetti etici oltre che teorici e pratici, ha un legame stretto anche con le neuroscienze, la medicina, la psicologia, la comprensione del linguaggio naturale, l’analisi visiva ecc. Per questo si occupano di intelligenza artificiale scienziati, matematici, ingegneri e filosofi.

Un’intelligenza artificiale può essere realizzata con un obiettivo tecnologico, vale a dire per risolvere un problema pratico, trovando una o più soluzioni attraverso procedure che possono essere anche molto diverse da quelle usate dalla mente umana per risolvere lo stesso problema. Oppure può essere realizzata con un obiettivo scientifico, ovvero per cercare delle risposte a interrogativi che riguardano gli uomini e gli altri esseri viventi.

L’intelligenza artificiale e le nuove tecnologie porteranno delle trasformazioni profonde nel settore sanitario. Già oggi diversi centri in tutto il mondo utilizzano tecnologie all’avanguardia basate sulla contaminazione tra intelligenza artificiale, tecnologie digitali e dell’informazione e neurotecnologie allo scopo di potenziare e supportare la pratica medica. Ad esempio, ci sono robot usati per interventi di microchirurgia, oppure algoritmi di “machine learning” in grado di estrapolare dai dati dei pazienti, informazioni utili da utilizzare a supporto delle azioni terapeutiche e per ottenere diagnosi precoci e più precise. La cosiddetta telemedicina, nata dalla combinazione tra intelligenza artificiale e tecnologie dell’informazione, consentirà di monitorare le condizioni di salute dei pazienti a distanza, potenziando il modo in cui vengono gestite le malattie croniche, i cui costi rappresentano un’importante fetta del budget destinato alla cura della salute.

Un nuovo utilizzo dell’intelligenza artificiale in ambito medico riguarda lo sviluppo del cosiddetto <<gemello digitale>> (“digital twin”), realizzato integrando le informazioni biologiche su cui si basa la fisiologia di uno specifico paziente attraverso algoritmi di intelligenza artificiale. In questo modo sarà possibile comprendere i meccanismi che portano allo sviluppo di malattie per le quali ancora non abbiamo cure o trattamenti validi. Il gemello digitale è un software che permetterà di sviluppare e testare farmaci creati ad hoc per la malattia dello specifico paziente, in modo tale da inibire i meccanismi patogenici senza indurre gli effetti collaterali associati ai farmaci industriali aspecifici. I gemelli digitali non saranno esseri viventi con un’anima e capaci di provare emozioni. Riprodurranno soltanto l’aspetto meccanicistico di noi, saranno una sintesi, un modello del funzionamento della nostra “macchina cervello-corpo”. Attraverso i nostri gemelli digitali simuleremo al computer come potrebbe cambiare il nostro stato di salute in funzione di un determinato stile di vita o in base all’ambiente in cui viviamo. Ma l’aspetto più interessante è forse il fatto che i gemelli digitali potranno essere utilizzati per testare nuove terapie personalizzate in modo veloce, senza implicazioni etiche e con enormi benefici in termini economici.

L’idea del “digital twin” può essere applicata per la ricerca di base, per capire come funzioniamo e come funzionano gli altri esseri viventi al di là delle malattie. In questo modo si potrebbe testare l’efficacia di nuovi farmaci direttamente sul loro “digital twin”, ovvero sul loro modello di intelligenza artificiale che ne cattura il funzionamento biologico.




Figura tratta da “Caligiore, D. (2022). IA istruzioni per l’uso, Bologna, Il Mulino.”. Utilizzo del gemello digitale per la scelta della terapia migliore. A partire dai dati sul paziente reale (clinici, anatomo-fisiologici, anagrafici, ecc.), si realizza un modello di intelligenza artificiale che riflette il funzionamento del cervello e del corpo del paziente reale (gemello digitale). A questo punto, si testano le terapie sul gemello digitale per selezionare la miglior cura personalizzata per il corrispettivo paziente reale.

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