Sincronicità: un paradigma per la mente

Riflessioni sull'intelligenza artificiale - Oscar Bettelli

20) La cellula vivente

Consideriamo ora il sistema informativo completo più semplice formatosi in natura: la cellula vivente. La cellula vivente presenta le principali caratteristiche di un sistema informativo e il suo scopo principale è quello di sopravvirere e riprodursi.
Per far ciò la cellula elabora continuamente le informazioni necessarie in termini di elaborazione e costruzione dei propri elementi costitutivi.
La cellula vivente possiede una memoria costituita dal patrimonio genetico contenuto nel DNA. Essa utilizza il movimento casuale delle molecole e il principio di sincronicità come proprio motore d'azione. Quando si verifica un evento "propizio" essa ne approfitta riconoscendolo e utilizzandolo nelle complesse attività che la tengono in vita.
Pur essendo l'unità più semplice in natura essa tuttavia presenta un notevole livello di complessità.
Le cellule viventi presentano una serie di proprietà che non si trovano mai tutte insieme nel mondo inanimato: si muovono, scambiano sostanze con l'ambiente esterno, possono essere stimolate a reagire in modo complesso ad influssi esterni, sintetizzano molecole di grandi dimensioni, e soprattutto crescono e si riproducono.

Le cellule viventi sono strutture integrate le cui parti sono tutte necessarie perché l'insieme funzioni armonicamente.

Le enormi molecole chimiche costruite con precisione dalle cellule non hanno nessuna possibilità di apparire spontaneamente e, abbandonate a se stesse nell'ambiente, si degradano con grande rapidità. Le cellule sono contenute in una membrana che è al tempo stesso una barriera ed un luogo di transito.
Le cellule più semplici sono costituite da spazi delimitati, contenenti sia l'attrezzatura necessaria per produrre le molecole che formano le strutture e svolgono varie funzioni, sia l'informazione caratteristica per tale produzione e i meccanismi che forniscono l'energia necessaria per queste attività.
Le cellule sono sede di migliaia di reazioni chimiche, il cui complesso è detto metabolismo. Il prodotto di una reazione costituisce spesso la materia prima per una reazione successiva: modificazioni notevoli possono così prodursi attraverso una serie di passaggi molto semplici.

Una cellula può produrre decine di migliaia di proteine differenti, formate essenzialmente dall'unione di numerose molecole di piccole dimensioni, dette amminoacidi, di cui esistono venti tipi diversi. Le proteine devono essere composte collegando gli amminoacidi nel giusto ordine, perché la sostituzione anche di un solo amminoacido con un altro può alterare completamente le loro proprietà.

Il DNA è il portatore dell'informazione.

Le informazioni sono codificate nella catena dell'acido desossiribonucleico o DNA presente in tutte le cellule. I nucleotidi del DNA differiscono fra loro solo per la base azotata, che può assumere quattro forme: timina (T), citosina (C), adenina (A) e guanina (G). Sulla base delle possibili sequenze di queste quattro forme viene codificata l'informazione genetica. La trasmissione di questa informazione viene affidata all' RNA.
La proprietà più notevole degli esseri viventi è la capacità di riprodurre esseri simili a loro; a livello cellulare questa proprietà si manifesta nella duplicazione di tutti i componenti e nella loro successiva ripartizione al momento della scissione in due cellule figlie. La duplicazione del DNA richiederebbe un tempo enorme se dovesse svolgersi in un processo continuo da un estremo all'altro della sua molecola filamentosa, che in ciascun nucleo raggiunge a volte una lunghezza di parecchi metri; questa lunghezza renderebbe impossibile la separazione delle enormi molecole figlie, aggrovigliate fra loro, al momento di trasferirsi in due spazi diversi. Il DNA è diviso in un certo numero di segmenti, in ciascuno dei quali la duplicazione avviene simultaneamente in più punti; questi segmenti si trasformano, prima della ripartizione, in strutture corte e compatte, i cromosomi, di cui ciascuna cellula figlia riceverà l'esatto contingente grazie a un meccanismo complesso e preciso: la mitosi.

Questi processi avvengono utilizzando il moto molecolare e sfruttando le coincidenze che si verificano allorquando si verifica un allineamento spaziale tra molecole complementari: un tipico esempio di sincronicità.

Ogni essere vivente è formato da un gran numero di cellule (anche milioni di miliardi) spesso molto diverse fra loro, anche se nate da un unico zigote per divisioni mitotiche successive.
I particolari strutturali di queste cellule e le molecole che esse producono sono in parte dissimili; le cellule agiscono in modo complementare, prestandosi reciproci servigi che contribuiscono alla conservazione dell'intero organismo.
La vita si manifesta così a due livelli: quello delle singole cellule e quello dell'organismo nel suo insieme.
L'informazione permane in tutti i nuclei, presente nel DNA che si conserva. Tuttavia molti enzimi e molte altre proteine vengono costruiti solo in certi momenti del ciclo vitale.

Vi sono due problemi:

1. come hanno origine queste differenze?


2. in che modo viene modificato il funzionamento dei nuclei perché esse si manifestino?

Inoltre, come mai nel corso dello sviluppo le sostanze direttrici compaiono proprio nel momento più opportuno?
Non si conoscono meccanismi plausibili del fatto che alcuni geni siano attivati solo in certi momenti.

La principale sfida che la biologia cellulare dovrà affrontare nel prossimo futuro riguarda appunto la differenziazione cellulare: chi è il direttore d'orchestra che presiede alla trascrizione di questa o quella sequenza di DNA nei diversi momenti della vita di un individuo o nei diversi tessuti?
In che modo quest'ordinamento dell'attivazione dei geni viene mantenuto?

La cellula vivente è in grado di selezionare le sostanze che servono alla propria attività utilizzando le informazioni contenute nella propria memoria: il DNA.
Essa sfrutta il moto termico interno che consente la produzione di una varietà di configurazioni e riconosce quelle che le consentono di sintetizzare le molecole necessarie.
L’efficienza e la precisione dei meccanismi interni produce una sequenza di eventi sorprendentemente complessa. La cellula vivente utilizza efficacemente il principio di sincronicità: coincidenze di eventi causali che assumono un significato importante ai fini del mantenimento delle proprie attività vitali.
Queste coincidenze vengono riconosciute sulla base di una memoria che consente la sintetizzazione di molecole complesse attraverso il fissaggio di legami chimici possibili tra molecole adiacenti.
Ritornando ai modelli astratti relativi ai sistemi informativi si può asserire che il "riconoscimento di configurazioni" può essere realizzato con vari mezzi, struttura cellulare, scariche sinaptiche, impulsi elettromagnetici ed altro ancora.
Il mezzo fisico di realizzazione sarebbe pertanto irrilevante.

Nelle scienze del cervello e del comportamento vi sono molti diversi livelli di analisi e di descrizione, semplicemente non abbiamo alcuna idea di quale sia il livello a cui la natura del materiale fisico di realizzazione risulta indifferente rispetto alle funzionalità che desideriamo osservare.
La metafora del calcolatore ha diretto l'attenzione verso modelli in cui tutto è ottenuto per mezzo di elaborate combinazioni di operazioni estremamente primitive come per esempio:

"controlla se c'è una corrispondenza"...

È forse a questo livello che la metafora del calcolatore può risultare fallace.
Dobbiamo prendere in considerazione la possibilità che le operazioni primitive siano più complesse e il loro ruolo esplicativo maggiore.
Vi è una possibilità reale che le spiegazioni psicologiche affondino le radici nella struttura fisica e che siano utilizzabili molto prima che la metafora del calcolatore ci insegni qualcosa.

Oggi i programmi per calcolatore riescono a identificare triangoli, cubi, quadrati, e forse un giorno riusciranno a identificare anche quegli alberi e quei pesci che i piccioni riescono ad identificare senza problemi. Questi programmi identificano gli oggetti nel senso che possono dire, o stampare, ciò che essi sono.
Un problema importante nella scienza dei calcolatori consiste nell'emulare la capacità di riconoscere le configurazioni rilevanti.È molto difficile riconoscere le conoscenze specifiche di dominio che sono rilevanti nel ragionamento informale ed esprimerle computazionalmente in modo da renderle disponibili alla macchina.

Non è stato ancora risolto il problema di usare in modo efficiente e corretto le grandi basi di conoscenza.

Come può riuscire un programma a rendersi conto della necessità di un particolare dato e quali algoritmi sono disponibili per poterlo recuperare velocemente?
Quale dovrebbe essere l'organizzazione interna di una base di conoscenza affinché i dati necessari siano facilmente accessibili nel corso del ragionamento informale del senso comune?
Il modello del calcolatore implicitamente limita la nostra attenzione alle rappresentazioni semantiche, enunciative o simboliche, connesse attraverso vari tipi di logica formale.
Abbiamo imparato molto da tentativi non riusciti di simulazione del comportamento umano.
Chi avrebbe mai immaginato che il riconoscimento di configurazioni o la coordinazione occhio-mano fossero così complicati?

È possibile utilizzare i calcolatori come indizi del funzionamento della mente-cervello, e anche usare ciò che sappiamo sull'architettura del cervello per costruire macchine che isolino e simulino la "microstruttura cognitiva" che il cervello si suppone abbia.