Tecnologia e scienze del vivente: un circolo virtuoso

Rodney Brooks (direttore dell’Artificial Intelligence Laboratory e docente presso la cattedra Fujitsu di informatica del MIT) scrive: “[…] la mia crisi scientifica di mezza età si è realizzata nel passare dallo studio dei robot umanoidi a quello di una semplicissima domanda su ciò che significa essere vivi: quali sono i principi organizzativi che funzionano nei sistemi viventi? Nel mio laboratorio presso il MIT stiamo cercando di costruire robot dotati di proprietà tipiche dei sistemi viventi che il robot del passato non avevano” (su “I nuovi umanisti”, di J. Brockman [ideatore di http://www.edge.org ], Garzanti, 2005).
Perché un grande esperto di robotica si interessa alle scienze del vivente? Per anni si è pensato che la potenza crescente dei computer avrebbe permesso di avvicinarsi velocemente al superamento delle prestazioni di un essere umano. In realtà già ai tempi del calcolatore seicentesco di Pascal, composto di ruote dentate, l’uomo era superato nella velocità di calcolo, il problema è allora di intendersi su quali processi cognitivi vogliamo confrontarci.
La velocità di calcolo presa singolarmente è riduttiva se il nostro fine non è solo vincere a scacchi. Qualche centinaia di neuroni producono percezioni più veloci e complete di centinaia di migliaia di computer messi assieme. Oggi, sia nella ricerca pura che in quella industriale, avanza la necessità di produrre tecnologia in grado di gestire compiti complessi non solo sul versante di calcolo ma per esempio sul piano “percettivo” e di “interazione” con il cotesto e l’utente. La sfida è sempre più quella di sviluppare programmi e processori in grado di “sopravvivere” a danni, errori e virus. Di “adattarsi” al variare dei contesti, di essere “attivi” davanti alla novità e all’imprevisto. Non basta più un calcolatore velocissimo ma fondamentalmente “stupido”.
Queste nuove necessità conoscitive e produttive hanno fatto sì che negli ultimi 20 anni circa sempre più laboratori di informatica, robotica, ecc. abbiano sentito l’esigenza di confrontarsi con la biologia, le scienze cognitive, la neurologia e la psicologia.Potete immaginare le difficoltà di comunicazione nel coniugare esperti così distanti e competenze così vaste. Per questo sono sempre più premiate figure e riflessioni trasversali. Ricercatori come Brooks hanno capito l’importanza che può avere in robotica (ma non solo) la comprensione dell’ordine complesso che sottende la vita. Cerchiamo di capire perché.
L’efficacia adattiva e cognitiva degli esseri viventi è un tutt’uno con la logica che sottende il vivente stesso. Infatti, si è capito nelle recente biologia, che la vita è cognizione e la cognizione è vita. Oggi, in laboratori come quelli del MIT, non si guarda più solamente alle prestazioni ma si vuole andare a capire cosa succede nella “scatola nera” e per fare ciò, per esempio, lo studio e la simulazione di una singola cellula è una grandissima sfida per lo sviluppo di tecnologia sempre più “intelligente”. Il punto cruciale è capire che le capacità cognitive della vita sono un tutt’uno con la sua organizzazione e autoproduzione (autopoiesi).
Non si è ancora riuscito a ricostruire tutto il quadro che ha dato origine alla nascita della vita sulla terra ma è ormai assodato che il vivente sia un sistema ipercomplesso non lineare, emerso da un brodo primordiale il cui stato fisico e chimico era al limite col caos. Infatti, solo in un uno stato sufficientemente agitato (quindi ricco di scambi) ma non troppo (altrimenti prevale il caos) può emergere e conservarsi la vita. Come dice H. Atlan, possiamo immaginare la vita come una realtà, uno stato, una organizzazione a metà tra il cristallo e il fumo.
Il premio Nobel I. Prigogine ha studiato come in questi stati limite emergano in modo spontaneo strutture organizzative neghentropiche (sistemi dissipativi) non riducibili alla natura fisica e chimica che le sottende (se si riesce a mantenere il sufficiente flusso di energia e materia).
La vita è un sistema sufficientemente chiuso per avere autonomia e sufficientemente aperto per sfruttare informazioni, materia ed energia dall’ambiente circostante. L’autonomia permette di creare una “bolla” neghentropica in un universo di entropia, che produce la caratteristica tendenza della vita a diventare sempre più complessa (come vedremo, ovviamente anche cognitivamente).
La tendenza ad accrescere complessità organizzativa ha prodotto un numero straordinario di grandi rivoluzioni biologiche, rafforzate o affossate nel tempo dalla selezione naturale.Questo lungo processo evolutivo, da cui sono emersi sistemi sempre più complessi, sottende tanto la natura delle membrane cellulari, del dna, del sistema immunitario, quanto quella della psiche umana. Non ha infatti senso la dicotomia cartesiana che separa il soma (riducendolo alla fisica e alla chimica) dalla psiche. Non perché la psiche sia riducibile al sistema nervoso (di cui invece ne è il sistema emergente) ma perché la vita, la biologia e quindi il soma sono di per se stesse già un sistema cognitivo primordiale.
Perché la vita è cognizione e la cognizione è vita? Non dobbiamo dimenticarci che l’ordine vivente non contraddice l’ordine fisico e chimico (non è un miracolo) ma però non è nemmeno riducibile ad esso (come ha creduto la scienza per secoli). Il sistema vivente, nel suo essere un processo auto-produttivo e auto-organizzativo materiale è allo stesso tempo un processo che produce informazione. L’informazione è una realtà priva di senso senza un sistema cognitivo che la produce.
Come dicono Maturana e Varela nel loro interessantissimo “L’albero della conoscenza”, il sistema autopoietico compie un accoppiamento strutturale con la realtà esterna e così facendo produce un mondo.
Il girasole, seguendo la rotazione del sole, compie un classico esempio di una delle numerosissime proto-cognizioni di cui è composta la vita (vedi DNA, membrana cellulare, ecc.), che lungo la sua evoluzione neghentropia è arrivata a sviluppare le cognizioni vere e proprie (come le si intende nel linguaggio comune), fino alla coscienza umana. All’interno di questo sistema autopoietico e il suo caratteristico equilibrio tra chiusura e apertura sistemica (tra identità e appartenenza) si produce cognizione, si produce un mondo, ha vita e senso parlare di informazione.
Queste, a mio parere, sono (dette in modo troppo sintetico e me ne scuso) le scoperte fondamentali che stanno influenzando anche ambiti disciplinari come la robotica, l’I.A., ecc..Gli esempi di convergenza tra scienze del vivente e tecnologia sono numerosi ed è difficile averne un quadro completo. Una ricerca che stavo leggendo ultimamente è quella del Progetto Embryonics al Logic Systems Laboratori del Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFFL).
Questa ricerca: “…vuole sviluppare una metodologia per la concezione di circuiti elettronici digitali ispirati dai processi ontogenetici che guidano lo sviluppo degli organismi multicellulari in natura. [..] La motivazione di un tale tentativo dovrebbe essere ovvia, considerando che gli organismi multicellulari sono esempi impressionanti di sistemi massivamente paralleli: le 6×10¹³ cellule di un corpo umano, elementi relativamente semplici, lavorano insieme per esibire comportamenti estremamente complessi (tra i quali il più impressionante è l’intelligenza). Se consideriamo la difficoltà di programmazione dei computer paralleli, l’ispirazione biologica potrebbe suggerire degli approcci per trattare il parallelismo massivo nell’elettronica. Inoltre, la sorprendente capacità degli organismi biologici di sopravvivere a danni considerevoli può essere di grande interesse nella concezione di circuiti digitali, la cui crescente complessità sta facendo emergere il problema della tolleranza ai difetti (l’abilità di funzionare nonostante la presenza di difetti nel subsubstrato di silicio di un circuito).” (di G. Tempesti, D. Mange, E. Petraglio A. Stauffer; su Systema Naturale, 2004, Vol. 6 pp. 153-190).
Cos’altro aggiungere se non che è un fenomeno interessantissimo e da alimentare questo “circolo virtuoso” in cui discipline tradizionalmente distanti (se non a volte aliene) producono reciproci e validi stimoli per nuove conoscenze.
Crescono il numero di “esperti con competenze ibride” che sono a mio parere espressione di una accresciuta qualità nel livello della transdisciplinarietà maturata in questi trent’anni di sfida della complessità. Personalmente credo che siamo arrivati ad una massa critica di conoscenze che prelude ad un salto di livello della sfida della complessità e su questi temi mi impegno da tempo in vari progetti di convergenza, informazione e ricerca.
Permettetemi una parentesi finale. Logiche sistemiche e autopoietiche sono fertili modelli trasversali tra tutte le scienze del vivente e permettono non solo di ispirare le ricerche di piccoli robot insetti, reti neurali, ecc. ma anche di influenzare lo sviluppo dell’architettura di software, di quotidiana utilità.
Ultimamente mi ha colpito il progetto YackPack, di cui ho letto in questo articolo .
In particolare mi ha richiamato alla mente un modello della organizzazione della Psiche multipolare su cui sto lavorando da diversi anni. Ora non voglio tediarvi con voli pindarici ma, in linea con quanto vi ho scritto fin’ora, riflettevo con Leandro Agrò sulla possibilità di sviluppare un programma di gestione che fosse in linea con l’organizzazione della mente.
Non solo per l’ipotesi che un isomorfismo tra l’organizzazione del programma e la mente dell’utente sia premiato da una maggiore funzionalità e intuibilità, ma anche perché, come ho cercato di raccontarvi, la strategia migliore è inscritta nella organizzazione del vivente e la psiche è espressione di questo ordine alla ennesima potenza.