cibernetica

Disciplina che si occupa dello studio unitario dei processi riguardanti «la comunicazione e il controllo nell’animale e nella macchina» (secondo la definizione di N. Wiener, 1947): partendo dalle ipotesi che vi sia una sostanziale analogia tra i ‘meccanismi di regolazione’ delle macchine e quelli degli esseri viventi e che alla base di questi meccanismi vi siano processi comunicazione e di analisi di informazioni, la c. si propone da un lato di studiare e di realizzare macchine ad alto grado di automatismo, atte a sostituire l’uomo nella sua funzione di controllore e di pilota di macchine e di impianti, e dall’altro lato, inversamente, di servirsi delle macchine anzidette per studiare determinate funzioni fisiologiche e dell’intelligenza.

Definizioni

Da un punto di vista più generale la c. può essere definita come lo studio generale di sistemi complessi altamente organizzati, indipendentemente dalla loro particolare natura. Sono state proposte anche altre definizioni della c.: fra esse va esplicitamente menzionata l’identificazione fra la c. e la teoria dell’informazione, e fra la c. e lo studio del linguaggio, nella sua più vasta accezione di strumento di comunicazione, ad accentuare il ruolo centrale che il ‘messaggio’ e la ‘comunicazione’ giocano in tutti i processi che interessano la cibernetica. Pertanto non può dirsi che vi sia un accordo unanime degli studiosi sulla natura esatta della c. e sui suoi limiti. Sta di fatto però che sotto il segno della c. si è determinato un incontro e si è avviato un movimento di idee inteso a promuovere una più intensa collaborazione fra campi di ricerca assai disparati: da quelli propri dell’ingegneria, della fisica, della biologia, a quelli propri di scienze quali la psicologia, l’antropologia, la sociologia, l’economia. Primo scopo della c. è, in definitiva, di confrontare l’uomo e l’animale con la macchina (➔ bionica), anche se, nella storia della scienza, non è questa la prima volta che viene istituito tale confronto. Ciò che vi è di essenzialmente nuovo nella c. è l’estensione del concetto di meccanismo, che viene basato sulla natura funzionale piuttosto che su quella strutturale di un sistema.

Controreazione e omeostasi

Il meccanismo fondamentale, sempre presente in un sistema autoregolato, è la controreazione, consistente in una correlazione fra i cambiamenti di stato e lo stato del sistema stesso, tendente a controbilanciarne le variazioni. L’ipotesi specifica della c. è che anche negli organismi viventi l’attività volontaria e quella riflessa da un canto, e i fenomeni di regolazione, stabilità e adattamento dall’altro, sono fondamentalmente basati su meccanismi di controreazione. Questa ipotesi ha cercato conferme mediante l’applicazione dei concetti cibernetici all’analisi di alcuni fenomeni fisiologici e nella realizzazione di dispositivi meccanici (automi) che presentano caratteristiche di stabilità, adattamento e apprendimento simili a quelle degli esseri viventi. Il principio della controreazione domina non solo la nozione di stabilità di un sistema, ma anche quella di tendenza a una meta, o comportamento teleologico, e più in generale ancora quella di adattamento all’ambiente, di cui la stabilità non costituisce che un caso particolare. Dal punto di vista cibernetico, si dice che un sistema A, in un certo stato, ‘tende alla meta’ M, intesa come un nuovo stato, se l’attività di A tende a ridurre la differenza tra lo stato attuale di A e lo stato perseguito M. Perché un sistema possa agire in questo modo è necessario: a) che esso sia dotato di organi effettori interni, cioè di organi interni capaci di modificarne lo stato; b) che il sistema sia in grado di rilevare quantitativamente la differenza fra lo stato attuale e quello perseguito; c) che l’informazione relativa a questa differenza sia tradotta in comandi per gli organi effettori che ne determinino l’attività in maniera da ridurre la differenza rilevata. Ciò implica appunto la presenza di un circuito chiuso del tipo classico a controreazione. Si parla invece di ‘adattamento’ quando un sistema è in grado di modificare il proprio stato e il proprio comportamento in relazione con le variazioni dell’ambiente in modo da rendere possibile l’esistenza di condizioni di stabilità. Questa tendenza all’equilibrio, tanto più spiccata quanto più si sale nella scala degli esseri viventi, è stata messa in luce da W.B. Cannon, che le ha dato il nome di omeostasi, indicandola come il principale fattore di sopravvivenza nei confronti di condizioni ambientali variabili. L’adattamento omeostatico è connesso, nel linguaggio della c., con meccanismi di controreazione di livello superiore: esso implica infatti la presenza di circuiti di controreazione secondari atti a regolare e a modificare i circuiti di controreazione primari in base a una determinazione delle condizioni di instabilità.

Processi intelligenti

Nel campo della c. sono stati fatti molti studi per comprendere i meccanismi di funzionamento del cervello e del pensiero, concentrando l’attenzione su come si svolgono nella mente umana quei processi che solitamente vengono definiti intelligenti e se e come essi possano essere simulati con una macchina. Lo sviluppo degli elaboratori elettronici ha permesso di approfondire la natura dei processi di elaborazione delle informazioni, secondo schemi non solo prefissati, ma anche capaci di evolversi e di modificarsi, permettendo a tali macchine di manifestare tipici fenomeni di apprendimento. La teoria matematica sulla quale è fondata la c. è comunque la teoria dell’informazione, talché questa, com’è già stato accennato, viene talora addirittura identificata con la cibernetica. Il motivo basilare di questo fatto è che tutti i processi che interessano la c., sia che concernano gli organismi viventi, sia che concernano le macchine e gli automi, sono processi di correlazione tra le varie parti di un organismo complesso. Il coordinamento delle varie parti è sempre affidato a una trasmissione di segnali la cui natura fisica dipende ovviamente dalle particolarità fisiche del sistema, ma le cui proprietà funzionali, quelle appunto che più direttamente interessano la c., non hanno alcun particolare legame con il fatto che i segnali siano di natura meccanica o elettrica o chimica o nervosa. Ciò che vi è di comune in tutti questi processi è la trasmissione di un’informazione, opportunamente codificata a seconda della natura del sistema.

I successi della c. nel campo delle applicazioni tecnologiche hanno confermato le enormi possibilità dei sistemi artificiali di regolazione e comunicazione, che Wiener e altri pionieri della c. si proponevano di studiare da un punto di vista unitario. Mentre però il programma cibernetico prevedeva la parallela teorizzazione matematica dei processi naturali e sociali di trattamento dell’informazione e la conseguente intercambiabilità tra i risultati di tali campi di studio e quelli delle scienze dell’artificiale, di fatto i progressi ottenuti nei rispettivi settori appaiono raramente dovuti proprio a un’analisi comparativa del modo di operare dei sistemi animali, umani e artificiali. Ciò nonostante, il programma cibernetico rimane in gran parte valido nei suoi aspetti fondamentali e ha dato luogo a notevoli successi nel campo della modellistica in termini di strutture gerarchizzate di diversi tipi di neuroni, dei fenomeni di regolazione dei movimenti dell’occhio e della percezione visiva, delle reazioni optomotorie, delle attività del cervelletto e delle interazioni cerebro-cerebellari. Le difficoltà incontrate in sede di attuazione integrale dei progetti iniziali della c. sono attribuibili in parte al loro carattere eccessivamente interdisciplinare. Solo studiosi eccezionali possono infatti abbracciare dall’alto di un completo dominio della matematica e della logica contemporanee la ricchissima fenomenologia offerta da un insieme di scienze apparentemente prive di terreno comune, come l’elettronica e la genetica, la chimica e la psicologia, l’economia e la glottologia.

Il campo dell’intelligenza artificiale comprende oggi vari altri aspetti dei procedimenti di elaborazione dell’informazione, dalla percezione visiva o uditiva e dal riconoscimento di forme ai metodi deduttivi e induttivi, all’apprendimento, alla risoluzione generale di problemi. I programmi per elaboratori vengono visti come procedure astratte, ma traducibili in linea di principio in meccanismi concreti corrispondenti, almeno come modelli funzionali, alle strutture nervose che danno luogo alle ordinarie manifestazioni animali e umane d’intelligenza. La trattazione in termini cibernetici delle corrispondenze fra strutture nervose naturali e strutture artificiali non è ancora giunta al punto di sostituire con elementi e circuiti le complicatissime realtà del cervello umano. Tuttavia grandi progressi tecnologici sono avvenuti soprattutto nella fabbricazione di elementi compatti che, analogamente ai neuroni naturali, costituiscono essi stessi una complessa unità di elaborazione d’informazione e superano, come efficienza in rapporto al loro volume, peso e consumo di energia, le previsioni più ottimistiche.