La svolta dell’intelligenza artificiale consente agli scienziati di leggere i rotoli romani una volta sepolti dal Vesuvio

ZDNET Approfondimento: addentrati nel viaggio ventennale per decodificare i rotoli di Ercolano, carbonizzati da una storica eruzione vulcanica duemila anni fa - e fino ad ora illeggibili.

Il rotolo di Ercolano con linee laser rosse viene scansionato all'Institut de France da Brent Seales e il suo team.

Dopo una storica eruzione vulcanica, durata due millenni, e uno sforzo internazionale per utilizzare l’intelligenza artificiale per leggere una serie di misteriosi antichi rotoli, i ricercatori sanno cosa aveva in mente almeno un filosofo epicureo romano: il cibo.

Gli esseri umani, pur essendo pieni di sorprese, possono essere piacevolmente prevedibili.

La rivelazione arriva come il culmine della Vesuvius Challenge, un concorso lanciato nel marzo 2023 dal ricercatore dell’Università del Kentucky Brent Seales, dall’ex CEO di GitHub Nat Friedman e dall’imprenditore e investitore Daniel Gross. L'obiettivo era quello di eseguire scansioni di tomografia computerizzata (CT) di quelli che sono conosciuti come i rotoli di Ercolano, nonché software basati sull'apprendimento automatico e metterli nelle mani di investigatori esperti di tecnologia di tutto il mondo nella speranza che qualcuno potesse leggere i rotoli. senza nemmeno toccarli.

Con il sostegno della Silicon Valley, gli organizzatori hanno offerto premi in denaro per i progressi nella lettura della scrittura una volta sepolta e carbonizzata dall'eruzione del Vesuvio. Ciò includeva $700.000 che saranno divisi tra la squadra vincente di tre persone: Youssef Nader, Luke Farritor e Julian Schilliger, tutti studenti. Hanno presentato 15 colonne di testo, che un’analisi preliminare suggerisce contenga scritti sul fatto che la scarsità o l’abbondanza di beni come il cibo influenzi il modo in cui gli esseri umani li trovano piacevoli.

La Vesuvius Challenge segna un momento cruciale nella ricerca per entrare nelle pergamene. È anche un grande momento per Seales, il ricercatore dell'Università del Kentucky: ha cercato di raggiungere questo obiettivo negli ultimi due decenni.

Seales e le varie incarnazioni della sua squadra non sono mai stati così vicini alla lettura di questi testi. In un certo senso, la scadenza del concorso, il 31 dicembre, non aveva molta importanza. La sfida, sia in termini di primo premio che di puzzle stesso, ha suscitato interesse e reclutato nuovi collaboratori i cui contributi sono stati paragonati a circa 10 anni di lavoro umano solo nei primi tre mesi.

"È sorprendente sentire questo tipo di potere di redenzione che potremmo avere ora grazie all'intelligenza artificiale, alla tomografia e al calcolo", ha detto Seales in un'intervista prima dell'annuncio del primo premio.

Potrebbe sembrare molto da fare, ma Michael McOsker, un ricercatore che ha studiato i rotoli, stima che tutti questi sforzi potrebbero produrre un ammontare di circa 200 nuovi libri. La collezione è anche l'unica biblioteca sopravvissuta dell'antichità.

"Probabilmente abbiamo meno dell'1% di... tutta la letteratura che è stata scritta", ha detto. "Qualsiasi miglioramento della nostra conoscenza è importante."

La storia scartata

Brent Seales e Seth Parker (responsabile del progetto Digital Restoration Initiative) scansionano una replica del rotolo di Ercolano nel campus dell'Università del Kentucky.

Seales non aveva intenzione di trascorrere due decenni a scartare testi antichi. Originario del New York occidentale, era uno specialista di imaging con un interesse per l'intelligenza artificiale. Il problema: allora non succedeva molto con l’intelligenza artificiale. La visione artificiale, tuttavia, sembrava un’area in cui si stavano facendo progressi.

A metà degli anni '90 incontrò un professore dell'Università del Kentucky che stava lavorando a un manoscritto del poema epico anglosassone Beowulf in un momento in cui c'era una spinta per digitalizzare le biblioteche. Avendo letto Beowulf al liceo, come tanti ragazzi, l'interesse di Seales è stato stuzzicato. Pensò al potere di digitalizzare questo testo: l'unico manoscritto esistente a testimoniare la storia.

La digitalizzazione è passata al restauro. Una volta che il testo è stato digitale, la qualità dell'immagine potrebbe essere migliorata. Fare semplicemente una copia non doveva essere la fine. E se potevano appiattire digitalmente un documento spiegazzato, perché non potevano anche dispiegarlo?

"Abbiamo inventato l'idea di scartare completamente qualcosa prima di sapere cosa avremmo effettivamente scartato", ha detto Seales.

Nel 2004, Seales trovò finalmente qualcosa da scartare quando uno studioso di classici dell'Università del Michigan, Richard Janko, gli disse che aveva individuato la soluzione perfetta.

Entra: Le pergamene di Ercolano.

I caratteri greci, πορφύραc, rivelati come la parola "VIOLA", sono tra i molteplici caratteri e righe di testo che sono stati estratti dal concorrente del Vesuvius Challenge Luke Farritor.

Scavando il passato

Nei tempi moderni, l’eruzione del Vesuvio potrebbe richiamare alla mente immagini di quei corpi sepolti nella cenere che si abbracciano mentre il loro mondo finisce. È un evento storico che è allo stesso tempo affascinante, tragico e anche un po' inquietante.

L'unico resoconto dell'epoca proviene dalle lettere dell'autore e avvocato romano Plinio il Giovane, che descriveva folle in preda al panico e una "spessa nuvola nera" che consumò la terra come un'alluvione.

"Alcune persone erano così spaventate di morire che addirittura pregavano per la morte", ha scritto.

Quando le nubi si diradarono abbastanza da far entrare la luce del giorno, Plinio il Giovane vide tutto sepolto sotto una cenere che gli ricordava la neve.

Ad Ercolano, una città a circa 10 miglia a ovest di Pompei, e ancora più vicina al vulcano in eruzione, tutta la cenere e i detriti sepolti hanno seppellito una villa un tempo di proprietà del suocero di Giulio Cesare. I rendering della tenuta mostrano un cortile gigante, giardini e archi. Fondamentalmente, la villa ospitava anche una biblioteca di rotoli di papiro.

Mentre circa 20 metri di cenere calda potrebbero sembrare il peggior risultato possibile per il papiro, il calore ha carbonizzato i rotoli, preservandoli dagli effetti naturali del deterioramento dell’aria.

Fu solo nel 1700 che un contadino, mentre scavava un pozzo, colpì il marmo e diede il via agli scavi che portarono alla luce più di 600 rotoli non aperti. (Il numero esatto dei papiri di Ercolano è difficile da individuare, ha detto Seales, dato che i ricercatori contano frammenti e pezzi parziali. Alcuni fissano il numero fino a 1.800.)

I rotoli passarono nelle cure di Antonio Piaggio, uno studioso della Biblioteca Vaticana, che inventò una macchina per scartare alcuni dei rotoli meglio conservati. Piaggio non ha sempre avuto successo.

Ciò che fu scartato conteneva principalmente la filosofia epicurea, portando McOsker a credere che i rotoli rimanenti potessero essere della stessa natura. Potrebbero non riscrivere il modo in cui gli studiosi vedono il mondo antico, ma considerando la scarsità di scritti dell’epoca, altri 200 libri potrebbero essere un bottino decente.

Non è un "esperimento"

Oggi i rotoli sono ospitati in diverse località in tutta Europa, la maggior parte si trova presso la Biblioteca Nazionale di Napoli in Italia.

Non sorprende che la maggior parte delle persone non possa entrare e andare in giro con fragili pergamene di 2.000 anni fa. Ci sono voluti anni a Seales per costruire un caso attraverso finanziamenti, successo su altri progetti e diplomazia accademica per ottenere l'accesso.

Seales, che aveva esperienza nell'innovazione chirurgica come la laparoscopia, voleva utilizzare la tomografia computerizzata per scansionare le pergamene e quindi creare un software per avvolgere quelle scansioni.

Nel 2005, Seales ha avuto l'opportunità di condividere la sua idea in una conferenza a Oxford. A quel punto, lui e il suo team avevano messo insieme un esempio di papiro incorporato in una sfera di poliuretano, che avevano scansionato e praticamente scartato.

"Era una specie di debuttante che scendeva le scale con il vestito addosso e diceva: 'vieni a ballare con me'", ha detto Seales.

La risposta fu positiva, ma alle orecchie dei conservatori protettivi suonava ancora molto simile a un esperimento, e "esperimento" è una parolaccia se applicata a qualcosa di così raro e vecchio.

Dopo quattro anni di duro lavoro, costruzione di relazioni e un po’ di finezza, nel 2009, Seales e il suo team si sono recati all’Institut de France per effettuare le prime scansioni micro-CT dei papiri.

"Ero allo stesso tempo terrorizzato e anche incredibilmente eccitato", ha detto Seales. I rotoli erano piccoli e sembravano carbone. "Ti dicono che questo è un intero libro dell'antichità... ed è solo questa piccola cosa perché si è rimpicciolita quando si è carbonizzata."

Per quanto ottenere finalmente le scansioni delle pergamene fosse un risultato, Seales ha faticato a far funzionare il software nel modo in cui il team voleva.

Se non volevano rompere immediatamente le pergamene di Ercolano, avevano bisogno di un altro obiettivo a cui mirare.

Risoluzione dei problemi

Dire che Seales ha lavorato sui rotoli di Ercolano per 20 anni potrebbe far sembrare che entrasse e uscisse dall'ufficio ogni giorno con quella singolare attenzione.

In realtà, ci sono stati periodi di tempo in cui il team non poteva lavorare sulle pergamene, o stava lavorando alla scansione digitale e allo scarto di altri testi che in qualche modo li hanno comunque aiutati ad avvicinarsi al loro obiettivo finale.

Nel 2006, il team di Seale ha scartato una copia medievale del Libro dell'Ecclesiaste scritta in ebraico. Un anno dopo, nel 2007, Seales faceva parte di una squadra che si recò a Venezia per digitalizzare la più antica copia completa dell'Iliade di Omero.

Il rotolo di Ercolano viene scansionato alla Diamond Light Source all'interno della sua custodia di scansione.

"Ognuno di quei progetti che ho realizzato lungo il percorso ha costruito in me un po' di credibilità come ricercatore e una certa conoscenza nell'essere in grado di avvicinare i decisori di questi musei e biblioteche per avere una conversazione con loro," ha detto. Ha anche imparato abbastanza francese per parlare con i ricercatori a Parigi.

Tuttavia, nel 2012, la spinta di Ercolano era un po’ in crisi. L'anno successivo, Seales si prese un anno sabbatico e trascorse un anno a Parigi come visiting scientist presso il Cultural Institute di Google. Gli ha dato la possibilità di ricostruire la fiducia e di ricevere nuove persone e nuove idee, proprio mentre Google stava per acquisire il laboratorio di ricerca sull’intelligenza artificiale DeepMind.

In quel periodo, Seales iniziò a perseguire l'idea di effettuare scansioni all'interno di un acceleratore di particelle, che avrebbe aumentato significativamente la risoluzione delle immagini.

Il ripristino è stato utile, poiché la sfida tecnica della lettura dei rotoli è rimasta spinosa.

Uno dei problemi principali è stato qualcosa chiamato segmentazione. Sebbene le pergamene siano piuttosto piccole, le scansioni sono dettagliate. Il responsabile tecnico Stephen Parsons, che per primo ha lavorato con Seales come studente universitario presso l'Università del Kentucky, ha descritto il tentativo di separare digitalmente gli strati di papiro parzialmente schiacciato e la rete di fibre visibili nelle scansioni. Lo paragonò a come potrebbe apparire la sezione trasversale di un tronco, ma un po' fracassato.

Un'altra sfida è stata proprio leggere l'inchiostro sul papiro. Parsons ha affermato che la migliore tecnologia di imaging che devono vedere all'interno delle pergamene è la micro TC a raggi X. Il problema? Non c'è abbastanza contrasto per leggere l'inchiostro.

I rotoli di Ercolano furono scritti con quella che era essenzialmente la fuliggine delle lampade a olio, che chimicamente è carbonio quasi puro. Poiché anche il papiro è chimicamente composto da carbonio, il team si è ritrovato a guardare grigio su grigio.

Altri progetti, come il rotolo di En-Gedi nel 2016 - il più antico rotolo del Pentateuco (relativo ai primi cinque libri della Bibbia) dai tempi dei rotoli del Mar Morto, il cui riuscito scarto digitale è stato una pietra miliare per il team di Seales - hanno utilizzato inchiostro con ferro al suo interno, che appare nei punti luminosi dei raggi X.

Parsons ha detto di aver ipotizzato che potrebbe esserci ancora qualche differenza rilevabile. Lo paragonò alle linee dipinte di nero sull'asfalto. Forse un modello di apprendimento automatico potrebbe essere addestrato a vedere l’inchiostro.

Ci sono voluti anni di lavoro, testando l'idea sui rotoli realizzati e sui frammenti dei rotoli di Ercolano che si erano staccati e avevano rivelato la loro scrittura, per arrivare al punto in cui sono stati in grado di leggere due caratteri dagli strati più profondi all'interno di un rotolo.

"In quel momento era chiaro. Anche se ci vogliono molti anni per svilupparlo e perfezionarlo... questo approccio alla fine darà i suoi frutti", ha detto Parsons. Un anno dopo, lo ha fatto.

Un problema software

Ciò a cui alludono la segmentazione e il rilevamento dell’inchiostro è che ottenere le scansioni è stata solo una parte della sfida complessiva delle pergamene. Prendere i dati e ordinarli algoritmicamente è stato tutto un altro viaggio.

Dopo diverse iterazioni, il team di Seales ha creato Volume Cartographer, scritto principalmente dal responsabile del progetto Seth Parker, che si è unito al team nel 2012. Si tratta di un software open source utilizzato per mappare l'interno delle pergamene e dare un senso alla "zuppa di parole fluttuante, "come ha detto Parker.

I 12 pezzi, o "pezzi", del rotolo di papiro di Ercolano aperto noto come P.Herc.118. La raccolta di immagini è di proprietà della Biblioteca Bodleian dell'Università di Oxford.

Parker ha iniziato la sua carriera come montatore video lavorando su documentari di ricerca. Aveva lavorato con Seales e quando un membro del team se ne andò e Seales aveva bisogno di qualcuno che conoscesse le fotocamere e l'acquisizione di immagini, reclutò Parker. Una volta specializzato in media e comunicazione, si è rivolto a un dottorato di ricerca. nell'informatica.

Sta anche ricevendo ulteriore aiuto con il Volume Cartographer da persone assunte dalla Vesuvius Challenge che stanno elaborando una lista dei desideri di correzioni di bug.

Creare la Vesuvius Challenge significava aprire anni di lavoro a una forza lavoro globale sconosciuta. Parsons stima che più di 1.000 persone abbiano lavorato al progetto per gran parte dell'anno: qualcosa che è allo stesso tempo spaventoso ed emozionante, ha detto.

Dopotutto, sono stati gli studenti di informatica a fare la prima scoperta della parola "viola" in ottobre.

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Sebbene 15 colonne di testo siano più di quanto Seales si aspettasse, non è certo la fine della storia.

Guardando più lontano, sia Parker che Parsons immaginano che il loro lavoro potrebbe ispirare anche altri campi che utilizzano l’imaging dimensionale.

Le scansioni TC e la risonanza magnetica sono già potenti, ma cosa succederebbe se ci fossero ancora informazioni nascoste agli occhi nudi dei medici che potrebbero migliorare il rilevamento di tumori e simili?

"Esistono modi per trasformare tali dati per renderli più interpretabili per un essere umano", ha affermato Parker.

"Non c'è motivo di rallentare. Leggiamo l'intera biblioteca", ha detto Luke Farritor, studente e membro del team.

E ci sono ancora testi antichi da leggere. Allo stesso tempo, stanno lavorando su un manoscritto medievale della Morgan Library, un Vangelo copto le cui pagine sono fuse. Hanno effettuato più scansioni TC e stanno ancora una volta cercando di districare virtualmente ciò che è scritto all'interno.

L’obiettivo a breve termine per il 2024 è leggere il 90% del documento avviato da Nader, Farritor e Schilliger. E sì, ci saranno più premi in denaro in palio.

"Stiamo festeggiando in questo momento, ma non c'è motivo di rallentare. Leggiamo l'intera biblioteca!" Lo ha detto Farritor in un comunicato.

Per Parsons, c'è qualcosa di profondo nel lavorare su questi testi e nell'immaginare gli umani che li scrissero 2000 anni fa: persone che non avrebbero mai immaginato che qualcuno nel 2024 sarebbe stato così interessato a ciò che avevano da dire, e certamente non avrebbero potuto concepito la tecnologia alla base di tali sforzi. Anche oggi, la maggior parte delle persone difficilmente riuscirebbe a definire il termine “apprendimento automatico”.

"Tutto questo tempo è passato e questa parte di questo viaggio è arrivata a me e allo schermo del mio computer", ha detto Parsons. "È abbastanza umiliante."

Dopo tutti questi anni, Seales conosce l'importanza di quella linea dell'umanità. I testi antichi parlano di amore, guerra, musica, retorica, poesia - argomenti su cui ancora oggi si tormenta. E il cibo, ovviamente.

"Il dialogo intellettuale maturo che avviene in questi antichi manoscritti è decisamente umano. Essere in grado di raccontare storie è decisamente umano", ha detto Seales.

Seales immagina che forse, 2000 anni fa, spogliati di tutti gli attuali confini religiosi, politici o di altro tipo, ci sia un modo per riunirsi su cosa significhi essere umani.

"Dobbiamo leggerlo", ha detto Seales. "Dobbiamo studiarlo. Non possiamo dimenticarlo."