Ciclo di incontri. Brain and Brains

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1 Ciclo di incontri Brain and Brains

2 Ciclo di incontri Brain and Brains Un neurone o un miliardo di neuroni: dove sta l intelligenza? La matematica dell intelligenza Verso un cervello artificiale globale?

3 1 L Eden delle Termiti È il luogo più simile all Eden che sia rimasto sul pianeta. Con queste parole, Niles Eldredge, zoologo americano, inizia il suo libro La vita in bilico (Einaudi, 2000) parlando del delta dell Okavango, in Botswana. L Okawango è un grande fiume africano che invece di raggiungere il mare, a causa di uno strano gioco geologico, si apre in una vasta pianura costruendo un enorme oasi grande come la Lombardia. L area rappresenta un ecosistema ricchissimo e unico al mondo, in cui vivono migliaia di specie. Le termiti sono gli architetti di questo Eden. Eldredge spiega che se non ci fossero le termiti, non ci sarebbero questi ecosistemi perché l ambiente rimarrebbe presto coperto da un tappeto sempre più spesso di vegetali morti. Ma come contribuiscono le termiti a mantenere questo complesso ecosistema? 1) riciclano l enorme quantità di cellulosa prodotta dalle erbe della savana, trasformandola in cibo per loro (e quindi per i loro predatori) e per altri organismi; 2) ristrutturano il suolo stesso perché lo modificano e lo ossigenano con le loro costruzioni: ad esempio compattano il fango della palude, formano nuclei di accumulazione di detriti, escrementi animali; Figura 1 Il delta dell Okavango, in Botswana 3

4 3) creano nidi sopraelevati, essenziali per dare rifugio, durante le periodiche piene della palude, a migliaia di specie di insetti, animali e piante. Effettivamente, le colonie di tèrmiti hanno avuto un successo evolutivo straordinario. Si tratta di una delle più antiche società del pianeta 1, che si è conservata ed adattata per oltre 100 milioni di anni. Quali sono le caratteristiche fondamentali osservabili in queste colonie? i singoli individui sono dotati di moduli comportamentali semplici e utilizzano solo informazione locale, esaminando solo lo spazio e interagendo con i vicini; il linguaggio comunicativo è semplice, con pochi segni in grado però di mutare significato in base al contesto e al numero di ripetizioni; l organizzazione è distribuita e decentrata da queste interazioni locali; incontri casuali tra gli individui permettono di scoprire nuove possibilità. Tutto ciò che accade nell Eden delle tèrmiti ha le caratteristiche dell emergenza (nel senso dei sistemi complessi adattativi): dall organizzazione cellulare della termite emerge la sua rete nervosa, dalla rete nervosa emerge il comportamento, dall interazione tra singoli emergono squadre operative, da squadre operative Figura 2 Termitaio 1 Menti connettive e produzione di mondi negli Insetti sociali: un modello per l esperienza cosciente? di Roberto Ferrari, Ricardo Pulido, Francesca Ferri Pubblicata in Dedalus - Rivista di scienza, filosofia, cultura. n. 1, ott.2006, pp

5 emergono sottoreti funzionali, da esse emergono enormi termitai di fango, e così via fino a far emergere più complesse interazioni di ecosistemi nella biosfera. Ma qual è l elemento di base da cui tutto ciò emerge? Possiamo identificare la Rete di Reti che possa essere l essenza di tutto questo? Il termitaio ha una rete respiratoria, fondamentale per la vita sottoterra; l architettura è basata su dei camini di aerazione, che rinfrescano e garantiscono il ricambio di aria a condomini di anche 5 milioni di individui. Sono formati da pareti porose in cui si scambiano ossigeno e CO2, con creste per espandere la loro superficie. Queste strutture sono dinamiche e sempre rimodellate da squadre di milioni di costruttori, manutentori, demolitori. La temperatura e l umidità sono garantite da lamelle di evaporazione a spirale appese al soffitto di speciali camere, gestite da squadre di trasportatori d acqua, che permettono di regolare l ambiente interno a 31 C costanti. Un altro esempio di rete è quella energetica: tutti gli individui, di ogni casta e funzione sono legati agli altri da continui scambi di cibo. Tutti sono informati sullo stato energetico della colonia e su quanto cibo e di che qualità è a disposizione. C è inoltre una rete che si occupa di pulizia, grazie alla quale si eliminano i cadaveri o gli escrementi, riciclandoli nella costruzione o isolandoli in camere sigillate. Per impedire il rischio di infezioni da microrganismi come muffe e batteri (molto alto in situazioni in cui, come nelle nostre città, milioni di individui vivono insieme) si disinfetta ogni superficie del termitaio. Le tèrmiti, come le formiche, usano sostanze antisettiche che loro stesse producono, simili alla propoli usata dalle api. Altre reti si occupano di ricerca di cibo, o di difesa (riconoscendo la firma chimica che ogni tèrmite porta sull esoscheletro, e che determina l appartenenza alla propria colonia). Alcune specie non cercano cibo ma lo coltivano: le tèrmiti giardiniere possono digerire la cellulosa grazie alla simbiosi con funghi Termitomyces. Hanno persino sviluppato metodi di fecondazione incrociata per migliorare i propri ceppi di funghi, portandoli all esterno dopo le piogge. L oasi dell Okawango è dunque un meraviglioso ecosistema ricchissimo e unico al mondo, in cui vivono migliaia di specie: le termiti giocano un ruolo fondamentale nel garantire l equilibrio e l autoregolazione di questo ecosistema. C è chi sostiene anche che questo sistema di organizzazione ed interazione potrebbe costituire un modello biologico della cognizione, della mente. Marvin Minsky (il grande vecchio dell Intelligenza artificiale), nel libro La società della mente (Adelphi, Milano, 1989, pag. 20) descrive il cervello umano come una va- 5

6 sta società organizzata, composta da molte parti diverse. Anche il concetto posto alla base del funzionamento del cervello è il decentramento: la mente, secondo Minsky, funziona in modo simile a una società di entità altamente specializzati, dove ognuno ha un suo specifico compito. 2 Gaia: un ecosistema globale Anche la terra può essere vista come un ecosistema vivente auto-regolante (Gaia). Per meglio dire, Gaia è un ecosistema globale, nel senso che possiamo trascurare in prima battuta le interazioni con gli altri corpi celesti (a parte la forza di gravità e l energia solare): questo ecosistema globale è composto da tanti ecosistemi debolmente interconnessi tra loro, ma dalla cui reciproca influenza emerge un equilibrio globale. Molti sono stati i pensatori e gli studiosi che hanno proposto di considerare il pianeta Terra come un essere vivente dotato di fenomeni di omeostasi. È in questa tradizione che si inseriscono le intuizioni del chimico inglese James Lovelock e della biologa americana Lynn Margulis, che agli inizi degli anni Settanta hanno formulato l ipotesi Gaia (dal nome greco della dea della Terra) che rappresenta uno degli approcci più sistemici e completi. Secondo l ipotesi di Lovelock, gli organismi viventi, il clima, l ambiente terrestre, sono un tutto integrato, un unico superorganismo in cui l attività dei viventi modifica gli aspetti fisici e questi, a loro volta, influiscono sull evoluzione e sul mantenimento della vita sul pianeta. Un fisico americano (Jerome Rothstein) ha spiegato molto bene il concetto di Gaia ricorrendo all analogia con la sequoia gigante. Le sequoie, diffuse lungo la costa occidentale dell America del Nord, sono gli alberi più grandi e longevi: superano spesso i mille anni di età, sono alti 100 m e pesano più di 2000 tonnellate. Tuttavia, circa il 97% del loro corpo è costituito da sostanza non vivente, come il legno del tronco e la corteccia. Le sole parti di una sequoia che contengono cellule vive sono quelle del sottile strato anulare che avvolge il legno e si trova sotto la corteccia, le foglie, i fiori e i semi. Come una sequoia anche Gaia, cioè la Terra, è costituita da una grande massa di materia non vivente con un sottile strato di organismi che vivono in un involucro d aria. Il nostro pianeta è allora un insieme di sistemi interconnessi ed interagenti, uno dei quali è proprio la nostra società. Qualunque tipo di organismo, infatti, per il fatto stesso di esistere, tende ad al- 6

7 lontanare Gaia dal suo attuale equilibrio. Gli ecosistemi umani stanno progressivamente sostituendo quelli naturali (terreni agricoli e territori urbani). In prima battuta sembrerebbero vantaggiosi per noi, ma a lungo termine potrebbero mettere in difficoltà il sistema di regolazione di Gaia. Gli esseri umani hanno un pesante effetto sul proprio ecosistema: sfruttamento di risorse non rinnovabili, disboscamento delle foreste, eccesso di pesca, inquinamento in genere. Molte specie viventi stanno scomparendo. Oggi abbiamo problemi, quali: energia, riscaldamento globale, disponibilità di acqua e cibo per una popolazione mondiale in continua crescita. La Scienza ha iniziato a studiare queste interconnessioni, e alle relative dinamiche, allo scopo di trovare delle risposte a problemi di Gaia, come: energia, riscaldamento globale, disponibilità di acqua e cibo per una popolazione mondiale in continua crescita. Lo scopo di questo e-book non è ovviamente fornire delle soluzioni a questi problemi, ma capire meglio l ecosistema Gaia utilizzando i concetti trattati nei due precedenti incontri. Su Gaia, il clima e la composizione chimica si regolano in maniera automatica (si autoregolano) per mantenersi sempre in uno stato favorevole alla vita; questa Figura 3 Gaia: il pianeta Terra 7

8 autoregolazione si realizza dinamicamente, senza rispondere a nessun progetto preventivo e senza un fine particolare. Nelle loro opere Lovelock e Margulis dedicano una particolare attenzione alla tendenza dell uomo a degradare l ambiente per soddisfare le proprie esigenze. Gaia reagisce alle modificazioni indotte dall azione dell uomo, ma i tempi di risposta sono quelli dei sistemi di retroazione, cioè estremamente lunghi. Dopo un periodo di indifferenza, a partire dagli anni Ottanta, l ipotesi di Gaia ha cominciato ad alimentare un articolato dibattito tra gli scienziati. Il carattere rivoluzionario dell'ipotesi risiede nella concezione di un sistema planetario che costituisce, in un certo modo, un'individualità dotata di una sensibilità globale e di una forma di intelligenza che permettano l'autoregolazione planetaria. Ma di quale tipo di sensibilità e di intelligenza si tratta? E importante sapere che vi sono varianti forti e deboli dell'ipotesi di Gaia. Margulis ha adottato le varianti deboli e rifiuta l'idea di Gaia in quanto organismo e individualità. Propone comunque l'ipotesi di un sistema estremamente complesso con proprietà di autoregolazione, specifiche però soltanto alla bassa atmosfera. Questi meccanismi di regolazione costituiscono una proprietà emergente di sistemi con determinati tipi di retroazione. La retroazione (feedback) è la capacità dei sistemi dinamici di tenere conto dei risultati del sistema per modificare le caratteristiche del sistema stesso. Ricordate l esempio del ferro da stiro: un sensore chiude o apre un interruttore elettrico a seconda che la temperatura sia minore o maggiore di quella desiderata, chiudendo un anello (retroazione negativa), tra causa ed effetto. La teoria di Gaia prevede che la vita e quella che si potrebbe normalmente definire la parte inanimata del pianeta, siano strettamente accoppiati a formare un unico sistema nel quale molti anelli di retroazione stabilizzano le condizioni chimico-fisiche della Terra in modo tale da renderlo un luogo ospitale per la vita stessa. Vediamo con maggior dettaglio cos è un ecosistema. 3 Cos è un ecosistema? Un ecosistema è costituito dall insieme di tutti gli esseri viventi di un determinato ambiente fisico e delle relazioni che intercorrono tra loro e tra loro e l ambiente fisico. Un ecosistema comprende una parte inanimata detta "biotopo" in cui vive e con cui interagisce un complesso di organismi detto "biocenosi". Queste con- 8

9 Figura 4 Ecosistema ( ecologia-ambiente. htm) settore abiotico azoto zolfo potassio carbonio ossigeno idrogeno ecc. Decompositori Vegetali settore biotico animali carnivori animali erbivori energia solare tinue interrelazioni tra i componenti della biocenosi e del biotopo danno vita a una continua "circolazione della materia" e a "flussi di energia". Nella figura sono rappresentati i principali scambi di energia-materia-bioenergia presenti nell'ambiente. I "vegetali" trasformano l'energia solare e la materia abiotica del terreno per produrre bioenergia e sono gli unici organismi viventi ad avere questa caratteristica tipica dei "produttori". Gli animali "primari" (erbivori) si cibano dei vegetali assorbendone la bioenergia; divenuti a loro volta prede degli animali "secondari" (carnivori) cedono la bioenergia a questi ultimi. I resti degli animali (primari e secondari) uccisi o morti sono trasformati nuovamente in materia abiotica tramite l'azione dei microrganismi decompositori. La materia è l'oggetto di scambio tra i settori abiotici e biotici mediante continui flussi in equilibrio tra loro. In un ecosistema dunque le specie sono in equilibrio dinamico e c è competizione interna all ecosistema per l acquisizione di risorse. Ad esempio, le catene alimentari negli ecosistemi biologici si stabiliscono attraverso un complesso gioco di relazioni tra specie. Il leone che mangia la gazzella, per fare un esempio. Il consumo di energia è una variabile di riferimento particolarmente importante. La maggior parte dei collassi di ecosistemi sono dipesi da crisi energetiche (pen- 9

10 sate, ad esempio, al crollo dell'impero romano): quando sopraggiunge una crisi energetica le specie che possono vivere con un minor livello di energia prosperano (la penuria di energia colpisce per primi i grandi consumatori che diminuiscono lasciando spazio alla moltiplicazione dei piccoli consumatori). I membri di un ecosistema sono interconnessi in una pervasiva e intricata rete di relazioni non lineari, ovvero sono relazioni che coinvolgono anelli di retroazione multipli (principio di interdipendenza). Questi anelli di retroazione dell ecosistema sono i percorsi attraverso i quali, ad esempio, le sostanze nutritive vengono continuamente riciclate (principio di ciclicità). Gli scambi ciclici di energia e di risorse in un ecosistema sono sostenuti da una cooperazione diffusa. La tendenza ad associarsi, a stabilire legami, a vivere l uno dentro l altro o l uno attaccato all altro è una caratteristica dei sistemi viventi (principio di cooperazione). La flessibilità di un ecosistema è una conseguenza dei suoi anelli di retroazione multipli, che tendono a riportare il sistema in equilibrio qualora ci sia una deviazione dalla norma, dovuta al cambiamento delle condizioni ambientali. Poiché nell ambiente le perturbazioni avvengono di continuo, le variabili di un ecosistema (densità delle popolazioni, disponibilità di nutrienti, ) fluttuano continuamente, mantenendo il sistema dinamico e flessibile, nonché capace di adattarsi alle condizioni ambientali che cambiano (principio di flessibilità). Negli ecosistemi la complessità della rete è una conseguenza della sua biodiversità. Una comunità eterogenea è una comunità elastica, capace di resistere e adattarsi alle perturbazioni, poiché contiene molte specie le cui funzioni ecologiche si sovrappongono e si integrano. Nelle diverse relazioni di causa ed effetto ve ne sono alcune che fanno parte di un sistema di regole ben precise; altre ricadono, invece, in quell insieme di eventi aleatori difficili da definire in modo preciso. Negli ultimi decenni alcuni ricercatori hanno studiato questi fenomeni e con una certa sorpresa si è scoperto che è possibile applicare la matematica per realizzare modelli che li descrivono in modo molto preciso. Si è scoperto che quegli stessi modelli si possono applicare a contesti molto diversi: dallo studio di epidemie, ai movimenti delle azioni in borsa, alle relazioni che si vengono a creare sul web. La rete di relazioni in un ecosistema Un ecosistema è dunque un Piccolo Mondo che ha caratteristiche particolari: può essere piccolo come la cavità di un albero riempita d acqua, oppure grande come il delta dell Okavango; può ospitare pochissime specie, oppure ne può ospitare centinaia o migliaia, come un oceano o una foresta tropicale. E stato osservato che la maggior parte degli ecosistemi (modellati come sistemi 10

11 complessi) si basano su reti Piccolo Mondo. Questo probabilmente perché le reti Piccolo Mondo garantiscono una maggiore efficienza nella circolazione della informazione; perché sono più robuste o hanno una più alta tolleranza agli errori casuali che impedisce la frammentazione totale del sistema Si tratta, di solito, di sistemi non-lineari che non cambiano gradualmente, ma attraversano delle soglie critiche dopo le quali la loro struttura (nello spazio) e/o il loro comportamento (nel tempo) può cambiare drasticamente (transizioni di fase). Si tratta di reti con legami forti e legami deboli. I legami forti rappresentano aggregazioni locali, mentre i legami deboli forniscono la connettività complessiva. In matematica, ma anche nel linguaggio di tutti i giorni, possiamo dire che il legame esistente tra due amici, o quello in una cerchia di amici, è un legame forte, mentre quello tra persone che si sono incrociate magari per caso e non si sono più riviste, è un legame debole. Dal punto di vista della possibilità di raggiungere uno sconosciuto, il legame debole è molto più importante del legame forte. Infatti, il legame forte mi porta da un amico che probabilmente conosce le stesse persone che conosco io, mentre un legame debole mi apre un mondo di conoscenze che non ho. Rimane tutto da dimostrare se effettivamente sia possibile raggiungere una qualunque persona in un massimo di sei passaggi, tuttavia quello che è certo, è che le relazioni tra le persone tendono ad assumere raggruppamenti che sono tipici dei piccoli mondi, molteplicità di aggregazioni unite da legami deboli. Le reti che caratterizzano i piccoli mondi hanno l interessante caratteristica di essere invarianti rispetto alla scala. Questo significa che se anche aggiungiamo molti nuovi elementi, in generale il numero di passi che occorrerà fare, per passare da un elemento all altro, non varierà in modo significativo (come dire che, Figura 5 Curve di distribuzione normale e di potenza 11

12 Figura 6 Internet ed il Web supponendo veri i 6 gradi di separazione tra le persone sulla Terra, oggi che siamo in 6 miliardi, questo grado di separazione rimarrà immutato, anche quando si arriverà a 10 miliardi di persone). Se però osserviamo la rete logica di Internet, cioè le connessioni esistenti tra le diverse pagine del web, ovvero i link su cui, cliccando, si passa dall una all altra pagina, si scopre che è di tipo Piccolo Mondo. Le reti a invarianza di scala hanno un enorme vantaggio: mantengono basso il livello della complessità comunicativa anche quando le dimensioni aumentano. È grazie a questo che possiamo avere in natura organismi così complessi: quello che tiene insieme un organismo è la comunicazione tra le sue parti e questa sarebbe inefficace, se la sua complessità crescesse al crescere della complessità dell organismo. Un altro esempio, molto bello esteticamente, è rappresentato dai frattali. Questi sono delle forme matematiche che vengono generate a partire da una relazione in cui, al variare dei parametri, si creano sottostrutture, ciascuna diversa dalle precedenti ma straordinariamente simile al nostro occhio. E in natura abbiamo un enorme quantità di forme che sono rappresentabili come frattali: dalle nuvole agli alberi, ai fiori. 12

13 Figura 7 Esempio di frattale La scoperta di queste regolarità, in qualunque ambito capitino deve stimolare la nostra curiosità di capirne il perché. I ricercatori addirittura utilizzano questo tipo di matematica per semplificare la trasmissione di immagini, in quanto bastano poche informazioni per descrivere sistemi enormemente complessi. Il fatto che in natura moltissime cose abbiano questo aspetto, spiega anche come mai il frattale evochi in ciascuno di noi un senso di bello. 4 La società delle termiti e la società della mente La complessità è ovunque, dentro ed intorno a noi. Tuttavia non rappresenta un problema perché non la percepiamo. Il nostro cervello infatti coglie l esistenza di strutture semplificate, facili da catturare. La realtà è percepita attraverso queste semplificazioni. Pensiamo al fiocco di neve, nonostante la sua forma complessa, dal punto di vista percettivo cogliamo la sua simmetria che ci da un senso di semplicità e bellezza. Viviamo in un ambiente complesso da capire. Gaia ha un alto grado di complessità sistemica. La semplicità percepita tuttavia è prodotta dal cervello per permetterci una vita normale nel nostro ambiente e delle sua capacità di apprendimento. Apprendere significa in un certo senso trasformare ciò che è complesso in ciò che ci appare semplice. 13

14 Figura 8 Fiocco di Neve: complesso ma simmetrico, quindi semplice e bello Come osserva lo studioso di intelligenza artificiale Douglas Hofstadter, riferendosi alla distribuzione delle cosiddette caste all interno di un formicaio, se si continua a pensare nei termini dei livelli più bassi, cioè del livello delle singole formiche, si perderà di vista la realtà più complessa. Quello è un livello troppo microscopico, e pensando microscopicamente si è destinati a perdere alcune caratteristiche situate al livello macroscopico. Occorre trovare più in alto il livello appropriato entro il quale la distribuzione delle caste va inquadrata e descritta. Per contro il mondo fisico funziona sulla base di semplici regole e di simmetria. Pensiamo alla società delle termiti. Le singole termiti hanno dei comportamenti molto semplici, e nonostante ciò la loro società riesce a mantenere un complesso ecosistema naturale secondo un apparente strategia collettiva. Tutto ciò potrebbe sorprenderci, ma se riflettiamo, anche la nostra intelligenza, la nostra personalità, le nostre abilità, i nostri desideri, il nostro umore sembrano emergere come d incanto da una complicata e caotica sinfonia di scariche neuronali, di impulsi elettrici-chimici. E interessante soffermarsi un attimo ad approfondire quest analogia. Come abbiamo visto nel corso dei due precedenti e-book, le moderne neuroscienze ci insegnano che il sistema nervoso umano ha l aspetto di un enorme rete di cellule, chiamate neuroni. Ciascun neurone è collegato a decine di migliaia di 14

15 altri per mezzo di interconnessioni (dendriti e sinapsi) attraverso cui si propagano segnali di natura elettro-chimica. Negli esseri umani 100 miliardi di interneuroni (neuroni interni) connettono circa un milione di neuroni motori (moto-neuroni responsabili dei movimenti muscolari) con 10 milioni di neuroni sensoriali distribuiti sulle superfici recettrici di tutto il corpo. E come un enorme rete di reti. Sin dalla nascita, il mondo esterno ci bombarda con un enorme quantità di stimoli: visivi, uditivi, olfattivi, gustativi e tattili, stimoli che i nostri sensi avidamente recepiscono e che inviano alle reti neurali del cervello. Ogni singolo impulso provoca immediatamente nel nostro sistema nervoso una tempesta di scariche neuronali parallele e altamente cooperanti. Da questo apparente caos di configurazioni elettriche cerebrali sovrapposte emerge però, come per magia, una sinfonia di risonanze strettamente accoppiata con la nostra attività sensomotoria: il cervello cerca, infatti, di interpretare qualsiasi sequenza di stimoli sensoriali ricorrenti inserendo questi ultimi all interno di cornici cognitive coerenti, in grado di generare risposte motorie efficaci. Questo processo, detto anche anello senso motorio, coinvolge dinamiche rapidissime che interessano un gran numero di sottoreti neurali in competizione, le quali assumono l aspetto esteriore di schemi comportamentali attivati dalla situazione del momento. Il biologo cileno Francisco Varela li ha definiti domini cognitivi o anche, se abbiamo a che fare con schemi più complessi e articolati, micro-mondi. In realtà queste complesse dinamiche cerebrali, basate sulla competizione tra le sottoreti di neuroni e i domini cognitivi da esse codificati, hanno luogo continuamente nel corso di tutte le nostre quotidiane esperienze. Francisco Varela formulò la teoria dell enazione secondo la quale ogni atto cognitivo di un singolo organismo (come la singola tèrmite) è legata alla sua esperienza di essere nel corpo ; quest esperienza corporea è autonoma e autoriferita, nel senso che non dipende dall ambiente esterno ma dalla dinamica interna dell individuo. Ogni singola tèrmite non sa cosa sta facendo o deve fare. Non ha ancora un idea di sé o del suo ambiente. Semplicemente vive dalla prospettiva del suo corpo accoppiato con l ambiente in cicli di percezione/azione. Questi cicli sono poi accoppiati in modo reciproco con un sistema nervoso e con colonia e ambiente. La cognizione nasce dunque da tutti e tre questi anelli di causalità circolare e non da un soggetto cognitivo che di fatto viene costituito a posteriori. 15

16 percezione azione esperienza corporea sistema nervoso colonia, ambiente, interazione con altri organismi Figura 9 Modello di enazione I cicli senso/motori sono normalmente rapidissimi e inafferrabili, ma possono lasciare qualche traccia a livello del sistema nervoso negli istanti di breakdown, momenti di rottura dell agire automatico. Per fare un esempio, è il momento in cui una tèrmite incontra una galleria distrutta e si ferma: in quegli istanti di sospensione il sistema si deve riorganizzare, deve produrre nuovi cicli senso/ motori e un nuovo mondo di significati adeguato alla situazione. La teoria enattiva indica come i cicli di percezione/azione del singolo insetto influenzino molti altri individui e ne siano influenzati: da un piccolo ciclo senso/ motorio altri vi si accoppiano; un gruppo di insetti entra in risonanza e autoproduce una rete di cognizione e attività; l attività si potenzia, genera strutture di fango che amplificano il segnale, fino a che qualche ciclo non lo indebolisce e lentamente il segnale si dissolve 2. Questo accoppiamento o risonanza tra cicli di percezione/azione è reso possibile anche a distanza da uno speciale campo : uno spazio percorso da flussi e gradienti di informazioni: chimiche, elettromagnetiche, metaboliche. Le attività della colonia seguono la vibrazione del campo che ha zone di amplificazione ed attenuazione: solo dove e quando l ampiezza supera determinate soglie, il campo manifesta un azione collettiva, una transizione di fase. Questo determina l auto-organizzazione enattiva, che è all origine dell ordine intrinseco delle colonie. Questa plasticità consente di adattarsi e superare in modo creativo i momenti di difficoltà: un inondazione del nido, una divisione della 2 Questo ricorda straordinariamente il concetto dei domini di coerenza (G. Preparata Dai Quark ai Cristalli: breve storia di un lungo viaggio dentro la materia): regioni spaziali dove ha luogo l evoluzione dinamica coerente di campo elettromagnetico e materia (pp ) 16

17 colonia, un attacco di formiche predatrici o di un oritteropo che distrugge parte del termitaio. La rete può anche deformarsi considerevolmente per assorbire il momento di crisi, poi tende a ritornare alla vibrazione e alla forma originaria (alla sua identità) o ad una forma sufficientemente compatibile con la vita. Come le termiti, ogni animale vive sul suo pianeta: ha una prospettiva sul mondo che non è oggettiva, ma nasce dal suo essere immerso nella situazione sensoriale e motoria del suo corpo. La cognizione non è allora una rappresentazione del mondo ma un processo di generazione di mondi relativo alla complessità dell accoppiamento essere vivente ambiente 3. Abbiamo parlato di analogia tra la società delle termiti e la società della mente. Ma c è un punto in cui questa analogia sembra avere dei problemi. Quando diamo per scontato l esistenza di un centro di comando, di un Sé o di un Io, che sovrintende alle diverse funzioni del nostro organismo e che, soprattutto, ci fornisce quel forte senso di identità che ci fa toccare con mano l apparente unità della nostra vita interiore. C è un bellissimo passaggio nel libro di Hermann Hesse, Il Lupo della Steppa : a quanto pare tutti gli uomini hanno un bisogno innato ed impellente di immaginare il proprio io come unità: è solo quando in certe anime particolarmente intelligenti e delicatamente organizzate balena l intuizione della loro molteplicità: è solo allora che ci si accorge che, pur essendo il corpo sempre uno, le anime invece che vi albergano non sono due, o cinque, ma infinite; l uomo è una cipolla formata di cento bucce, un tessuto di cento fili 5 Stiamo aumentando la gamma di percezioni di Gaia? Se noi siamo una parte di Gaia, diventa interessante chiederci: in quale misura la nostra intelligenza collettiva è pure una parte di Gaia? Ancora più importante è chiedersi se con la nostra capacità di inventiva tecnologica abbiamo la possibilità di accrescere la gamma di percezioni di Gaia. Abbiamo visto che l accoppiamento percezione/azione genera nel corpo schemi senso-motori che sono le radici degli atti cognitivi. Dunque potenziare il ciclo percezione/azione di Gaia potrebbe voler dire potenziare schemi senso-motori 3 Per fare un paragone di natura neurologica, lo stesso accade nella percezione visiva: la retina viene impressionata dall esterno, e scarica segnali lungo il nervo ottico. Questo va ad una struttura bilaterale chiamata Nucleo Genicolato Laterale (NGL), connesso con la corteccia visiva. Ma ogni cellula NGL riceve il 20% delle sue afferenze dal nervo ottico, e l 80% da altre regioni del cervello: la visione sembra molto più determinata da dentro che da fuori (Varela et al, 1991, pp ). 17

18 Figura 10 Modello MAPE-K di un componente autonomico di adattamento. Questo ricorda per certi versi una declinazione degli anelli dei sistemi autonomici (modello MAPE-K). Per fare un esempio, dunque, con le attuali tecnologie autonomiche e di sensoristica miniaturizzata, si potrebbero, quindi, sviluppare dei meccanismi di omeostasi pervasivi e decentralizzati. L omeostasi, infatti, richiede dei sensori, dei comparatori e degli attuatori. I sensori raccolgono dati sulle grandezze caratteristiche dell ambiente e del sistema sotto controllo. I comparatori controllano se tali grandezze, misurate dai sensori, superano i limiti necessari (ad esempio, per conservare un determinato equilibrio); gli attuatori implementano le azioni necessarie secondo dei piani prestabiliti. Figura 11 Esempio di NAV (Nano Aerial Vehicle), in grado di trasportare sensori sofisticati 18

19 Figura 12 Esempio di sensore cacciatore di virus ( salute/nanotecnologiediagnostica-sensoricacciatori-virus ) Il progetto CeNSE di HP costituisce un altro interessante esempio: l idea è quella di dispiegare milioni e milioni di sensori in ogni parte del pianeta al fine di controllare in tempo reale le condizioni del pianeta stesso, una specie di "sistema nervoso centrale della Terra". Figure 13 Progetto CeNSE (Central Nervous System for the Earth) 19

20 Conclusioni Mettendo assieme tutti gli elementi discussi finora potremmo dunque riassumere il quadro che ci presentano oggi le neuroscienze: la nostra attività mentale, nonostante noi la si percepisca come unitaria, risulta piuttosto emergere dall interazione tra numerosissimi sottosistemi neurali, seguendo il concetto di micromondo di F.Varela 4. Questo ricorda per analogia quanto succede nelle società degli insetti: abbiamo visto l esempio delle termiti dell Okavango, in Botswana. Questi micro-mondi potrebbero infine essere raggruppati e interconnessi secondo regole semplici in una struttura di tipo frattale, simmetrica e ripetitiva. Il prossimo e-book, che chiuderà il ciclo, si intitola Verso un cervello artificiale globale?. Abbiamo visto come il cervello sia un meraviglioso sistema distribuito con una complessa rete di interconnessioni. Oggi, con lo sviluppo di Internet, stiamo creando una rete con miliardi di oggetti interconnessi, la cui complessa struttura va progressivamente acquisendo controllo e capacità di adattamento distribuiti. E possibile l emergere di un intelligenza globale da questa sorta di cervello artificiale? Potrà un giorno il nostro cervello avere accesso a questa intelligenza globale e viceversa questo cervello artificiale distribuito accedere al nostro cervello naturale per aumentare l intelligenza globale? Bibliografia Aleksander I. (2001), Come si costruisce una mente, Einaudi, Torino Bateson G. (1972), Verso una ecologia della mente, Adelphi, Milano Bertossa F., Ferrari R. (2002), Cervello e autocoscienza. La mente tra neuroscienze e fenomenologia, in Rivista di Estetica, 21, n.s., 3/2002, anno XLII. Churchland P.S., Sejnowsky T. (1992), Il cervello computazionale, Il Mulino, Bologna Clark A., Chalmers D. (1998), The extended mind, Analysis, 58, 1, 1998, pp Freeman W.J. (1999), Come pensa il cervello, Einaudi, Torino Gordon D.M., Goodwin B.C., Trainor L.E.H. (1992), A parallel distributed 4 Questo modello appare più volte nella letteratura neuro-scientifica: Gerald Edelman li chiama gruppi neuronali, P.Churchland li chiama invece prototipi nello spazio delle unità nascoste, M.Minsky agenti, M.Arbib ed E.O.Wilson schemi ). 20