CIBERNETICA (App. III, 1, p. 368)
Rispetto a tutto ciò che la c. prometteva negli anni Quaranta e Cinquanta, gli sviluppi realizzati in seguito da questa nuova scienza risultano in parte superiori e in parte inferiori all'aspettativa.
I successi nel campo delle applicazioni tecnologiche (dall'informatica all'automazione industriale, dall'esplorazione spaziale all'ingegneria umana) hanno confermato le enormi possibilità dei sistemi artificiali di regolazione e comunicazione, che N. Wiener e altri pionieri della c. si proponevano di studiare da un punto di vista unitario: la teorizzazione matematica dei processi di generazione, conservazione, trasmissione e utilizzazione dell'informazione, tipici sia dei servomeccanismi, sia degli elaboratori elettronici.
Mentre però il programma cibernetico prevedeva una 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 tra il 1960 e il 1975 appaiono raramente dovuti proprio a un'analisi comparativa del modo di operare dei sistemi animali, umani e artificiali. Per es., l'uso sistematico dei calcolatori elettronici nelle ricerche di linguistica o di neurofisiologia ha dato molti importanti risultati, i quali tuttavia non hanno direttamente a che fare con quelle analogie funzionali tra calcolatori e cervelli umani, che nelle intenzioni di A. M. Turing e J. von Neumann avrebbero dovuto condurre a una comprensione così profonda del funzionamento della nostra corteccia cerebrale da permettere la rapida realizzazione, tra l'altro, di macchine per tradurre intelligentemente qualunque testo da una lingua in più altre. Neppure la formalizzazione matematica, in termini di teoria dei giochi e teoria delle decisioni, dei procedimenti logici in atto durante una partita a scacchi è progredita tanto da giungere alla stesura di programmi per calcolatori elettronici, capaci di assicurare a uno di questi la vittoria su qualsiasi competitore umano.
È mancata cioè finora, dalla parte delle scienze naturali e umane, un'analisi operativa dei processi di regolazione e comunicazione in uso fra gli esseri viventi, che non solo sfruttasse pienamente le possibilità offerte in veste di modelli materiali o formali dai nuovi strumenti della scienza e della tecnica, ma permettesse a sua volta l'applicazione dei propri risultati al massimo perfezionamento di tali artefatti.
Nonostante questo ritardo rispetto alle ottimistiche previsioni iniziali, il programma cibernetico rimane perfettamente 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 (M. A. Arbib, D. L. McKay, J. Szentàgothai), dei fenomeni di regolazione dei movimenti dell'occhio e della percezione visiva (D. H. Hubel e T. N. Wiesel), delle reazioni optomotorie (W. Reichardt, V. Braitenberg), delle attività del cervelletto e delle interazioni cerebro-cerebellari (J. Eccles, R. Llinás, D. Marr).
Le difficoltà incontrate in sede di attuazione integrale dei progetti enunciati intorno al 1948 sono da attribuire in parte al loro carattere eccessivamente interdisciplinare. Solo studiosi eccezionali, come A. M. Turing, J. von Neumann e N. Wiener, nel frattempo scomparsi, potrebbero 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. D'altra parte la tendenza alla specializzazione, caratteristica delle moderne strutture di ricerca e d'insegnamento, costituisce ostacolo non solo alla formazione di professionisti che possano dedicarsi esclusivamente allo studio comparato di determinati elementi di numerose e disparate scienze, ma anche alla creazione e al coordinamento reciproco di gruppi di specialisti che sviluppino un linguaggio e un programma comuni del genere di quelli offerti dalla teoria dell'informazione e dalla cibernetica.
Esigenze militari e civili hanno comunque continuato a stimolare, soprattutto negli Stati Uniti e nell'URSS, in Gran Bretagna, in Germania e in Giappone, lo svlluppo della c. nella direzione auspicata dai suoi fondatori, a prescindere dalla problematica filosofica connessa con i suoi aspetti più esplicitamente materialistici e "riduzionistici" in senso favorevole al meccanicismo e contrario al vitalismo. Gli stessi insuccessi esemplificati dalle ricerche sulla traduzione automatica hanno stimolato beneficamerite lo studio degli aspetti semantici della comunicazione, trascurati nella trattazione originale di C. E. Shannon, e ne è derivata un'intera nuova branca di attività la quale mira alla riproduzione mediante dispositivi artificiali di quei risultati dell'accoppiamento tra simboli e simbolizzati, che caratterizzano sia il linguaggio ordinario, sia i linguaggi specialistici.
I programmi per calcolatori elaborati recentemente presso il MIT (Massachusetts Institute of Technology) tengono conto della necessità di considerare, per quanto riguarda il problema del significato, oltre le componenti isolabili del linguaggio tutte le procedure naturali di collocamento delle singole parole in un contesto, che comprende sia l'intero discorso emesso o ricevuto, sia il patrimonio culturale dei due interlocutori. Per cominciare, è stata effettuata la simulazione su schermo televisivo di un automa costituito semplicemente da un braccio in grado di afferrare e spostare in varie sedi oggetti disposti su un tavolo, ma collegato con un calcolatore opportunamente programmato, che traduce nel linguaggio di azioni dell'automa gli ordini ricevuti per telescrivente dall'operatore umano, e fornisce a questo nello stesso modo le proprie risposte o domande, mano a mano che tali azioni vengono eseguite.
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, ivi inclusi i caratteri a stampa o a mano, ai metodi deduttivi e induttivi, all'apprendimento, alla risoluzione generale di problemi. I programmi per calcolatori vengono visti come procedure astratte, ma traducibili in linea di principio in meccanismi concreti corrispondenti, almeno come modelli funzionali, alle strutture nervose che dànno luogo alle ordinarie manifestazioni animali e umane d'intelligenza.
La trattazione in termini cibernetici delle corrispondenze tra strutture nervose naturali e strutture artificiali (calcolatori numerici e analogici, a base meccanica o idraulica, elettrica o elettronica) non è ancora giunta al punto di sostituire con elementi e circuiti davvero confrontabili con le complicatissime realtà del cervello umano le reti nervose artificiali della semplicistica schematizzazione logica di W. S. McCulloch e W. H. Pitts. Vi è stato tuttavia qualche progresso teorico nella simulazione di strutture neuroniche mediante schemi fondati su una logica continua anziché sulla logica bivalente (N. Pozine e collab.) o mediante altre formalizzazioni estensive (E. R. Caianiello e collab.).
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 avanzate nel 1958 da von Neumann. L'enorme velocità di funzionamento di queste unità elettroniche, e dei circuiti in cui migliaia di esse possono venire ulteriormente combinate in vario modo, compensa solo in parte la residua differenza di rendimento e di affidabilità rispetto alle cellule della corteccia cerebrale umana, il cui numero supera certamente la decina di miliardi. Mancano infatti, in questo campo, conoscenze anatomo-fisiologiche tali da favorire l'utilizzazione dei notevoli risultati empirici e teorici conseguiti da K. H. Pribram, A. R. Lurija e altri pionieri della neuropsicologia e della neurolinguistica, ai fini dell'ideazione di modelli del rapporto tra strutture e funzioni naturali, atti a venire tradotti in termini di macchine calcolatrici.
Agli studi sull'intelligenza artificiale è riservato pertanto, in questa fase, il compito di elaborare programmi per calcolatori che, limitandosi al punto di vista funzionale, si avvicinino a quanto le ricerche di psicologia dell'intelligenza e del linguaggio riescono a ottenere indipendentemente dai progressi della neurofisiologia. Gli studi di H. A. Simon e A. Newell si sono orientati, in particolare, verso la risoluzione di problemi per via euristica, cioè mediante regole non traducibili in algoritmi e talvolta difficilmente esprimibili anche dal risolutore umano. La ricerca può essere diretta appunto all'elaborazione, mediante esperimenti di programmazione di calcolatori, di modelli plausibili del modo di operare dell'uomo, oppure - qualora noi siamo in grado di esplicitare le nostre procedure - all'imitazione artificiale di queste e al loro confronto con altre procedure interamente artificiali.
Sono stati scritti programmi euristici per il giuoco degli scacchi, per la dimostrazione di teoremi di logica, trigonometria, geometria e algebra, per la composizione di musiche, per la formazione e la classificazione di concetti, per l'estrazione di significati e di regole grammaticali da testi in linguaggio naturale, per lo sviluppo di inferenze dalle informazioni ivi contenute e per la traduzione di queste informazioni in altri linguaggi naturali o artificiali.
Mentre Simon e Newell insistono nella ricerca di procedure artificiali che siano pur sempre utilizzabili come modello di un procedimento intellettuale umano, M. Minsky e altri studiosi dell'intelligenza artificiale perseguono lo sfruttamento delle possibilità specifiche dei calcolatori, eventualmente prive di riscontro nelle possibilità dei cervelli naturali o superiori a queste sotto particolari aspetti riguardanti la programmazione (software) e non semplicemente la struttura e i componenti della macchina (hardware).
Le prolungate discussioni tra scienziati e filosofi intorno alla possibilità o meno che l'automa eguagli o superi l'intelligenza del costruttore e del programmatore sono state ricondotte in gran parte al problema fondamentale della possibilità, sia teorica sia pratica, che l'automa imiti l'uomo, o meglio il bambino, nella sua illimitata capacità di apprendere, e quindi progredisca fino a divenire paragonabile nelle sue prestazioni, caso per caso, alle massime prestazioni offerte da singoli esseri umani.
Un'altra fonte di speculazioni è stata la possibilità, dimostrata solo in linea di principio da J. von Neumann, che una macchina si autoriproduca ed evolva, attraverso processi di variazione ereditaria e selezione analoghi a quelli naturali scoperti da Ch. Darwin, fino a fornire prestazioni assai superiori a quelle previste dal progettista del prototipo iniziale; così come l'uomo e i primati in genere risultano superiori, in complessità di struttura e di comportamento, agli organismi primordiali dai quali si sono evoluti per l'azione dell'ambiente terrestre.
Da questa dilatazione del problema dell'ontogenesi nel più vasto problema di una filogenesi comparata dell'intelligenza naturale e artificiale, sono emersi intanto due interessanti filoni di ricerca: da un lato lo sviluppo da parte di D. Campbell, K. Lorenz e K. Popper di un'epistemologia evoluzionistica, fondata su una sostanziale identità tra i processi di apprendimento (per tentativi alla cieca ed eliminazione degli errori) caratteristici dello sviluppo individuale animale e umano, e i processi di acquisizione e conservazione d'informazione attribuibili all'evoluzione delle specie sia animali sia vegetali; dall'altro, l'applicazione al campo dell'intelligenza artificiale, da parte di L. J. Fogel, A. J. Owens e M. J. Walsh, di particolari tecniche di simulazione dei processi naturali di evoluzione per variazione casuale e selezione.
La saldatura tra questi due indirizzi di ricerca, che porterebbe finalmente alla manifestazione da parte dei nostri automi di capacità creative "in miniatura", paragonabili qualitativamente a quelle della natura e dell'uomo, fa parte delle prospettive della c. dei prossimi decenni.
Precorritore di questa impostazione evoluzionistica del problema dell'intelligenza creativa si può considerare, ancora una volta, N. Wiener; nel suo ultimo anno di vita, il 1964, egli rilevava come non vi fosse alcuna differenza di principio tra le "invenzioni" rappresentate dai servomeccanismi e dai calcolatori elettronici, e gli organismi viventi prodotti dal giuoco darwiniano-mendeliano delle mutazioni casuali e della selezione naturale. Importante era, secondo Wiener, applicare al modello teorico dell'autoriproduzione degli automi il criterio statistico usato nella genetica evoluzionistica, onde verificare l'ipotesi che uno stesso meccanismo fondamentale, quello dell'autoriproduzione delle molecole di acidi nucleici secondo il modello a doppia elica, presieda alla conservazione d'informazione nel sistema nervoso individuale e nel materiale ereditario di una specie stabile o in corso di trasformazione.
Anche se i successivi studi sui fenomeni fisico-chimici che avvengono all'interno delle cellule nervose o alla giunzione sinaptica tra neurone e neurone non hanno confermato questa ipotesi unificatrice, il metodo comparativo della c. ha fornito un'ulteriore prova della sua fecondità con la teoria olografica della memoria, proposta da D. Gabor, H. C. Longuet-Higgins, K. H. Pribram e altri autori intorno al 1969. Questa teoria risolve la difficoltà di una mancanza di localizzazione delle tracce mnemoniche nella corteccia cerebrale mediante il modello della lastra olografica, nella quale immagini tridimensionali degli oggetti possono venire depositate da un'opportuna combinazione di raggi laser in modo tale che ogni singola porzione dell'ologramma contiene tutta l'informazione relativa all'oggetto fotografato.
È questo un esempio tipico della possibilità di trasferire dal mondo della tecnica al mondo animale principi fisico-matematici riguardanti i compiti di elaborazione dell'informazione comuni ai due mondi.
Bibl.: Computers and thought (a cura di E. A. Feigenbaum e J. Feldman), New York 1963; Computer augmentation of human reasoning (a cura di M. A. Sass e W. D. Wilkinson), Washington 1965; J. von Neumann e altri, La filosofia degli automi (a cura di V. Somenzi), Torino 1965; N. Wiener, La cibernetica, Milano 1968; M. A. Arbib, La mente, le macchine e la matematica, Torino 1968; Cybernetics (Key papers, a cura di C. R. Evans e A. D. J. Robertson), Londra 1968; D. M. MacKay, Information, mechanism and meaning, Cambridge, Mass. - Londra 1969; Biocybernetics of the central nervous system (a cura di L. D. Proctor), Boston 1969; K. S. Lashley e altri, La fisica della menie (a cura di V. Somenzi), Torino 1969; J. Singh, Teoria dell'informazione, linguaggio e cibernetica, Milano 1969; W. Ross Ashby, Introduzione alla cibernetica (a cura di M. Nasti), Torino 1971; A. De Luca, L. M. Ricciardi, Introduzione alla cibernetica, Milano 1971; Autori vari, Il concetto d'informazione nella scienza contemporanea (a cura di R. Rossanda), Bari 1971; M. A. Arbib, The metaphorical brain (An introduction to cybernetics as artificial intelligence and brain theory), New York 1972; H. L. Dreyfus, What computers can't do (a critique of artificial rason), ivi 1972; H. Atlan, L'organisation biologique et la théorie de l'information, Parigi 1972; Computer models of thought and language (a cura di R. C. Shank e K. M. Colby), Reading 1973; P. K. Anochin, N. A. Bernstein, E. N. Sokolov, Neurofisiologia e cibernetica (a cura di L. Mecacci), Roma 1973; H. A. Simon, Le scienze dell'artificiale, Milano 1973; J. Z. Young, Un modello del cervello, Torino 1974; N. Pozine, Simulation des structures neuroniques, Mosca 1974; La teoria dell'informazione (a cura di J. Roger), Seminari interdisciplinari di Venezia, Bologna 1974; E. H. Hutten, Cibernetica, in Enciclopedia del Novecento, vol. I, Roma 1976; K. M. Sayre, Cybernetics and the philosophy of mind, Londra e Henley 1976.
Medicina cibernetica. - La c., definita da N. Wiener come scienza del controllo e della comunicazione nella macchina e negli esseri viventi (App. III, 11, p. 368), è andata affermandosi, nel corso della sua evoluzione, come scienza universale, spesso determinante per il progresso di molti settori dell'attività umana.
Per accostare il concetto di macchina a quello di essere vivente dobbiamo riferirci a uno speciale tipo di macchina: la macchina cibernetica. Questa è caratterizzata dal possedere una specie di sistema nervoso che le conferisce una particolare funzione conosciuta col termine di "intelligenza artificiale".
Il sistema nervoso degli animali, e rispettivamente quello artificiale delle macchine cibernetiche, effettuano l'elaborazione dell'informazione, che è alla base della c. e della teoria dell'informazione (v. informazione, in questa Appendice).
Dalla c. sono sorte altre discipline come l'informatica, la medimatica (matematica applicata alla medicina), la bioingegneria, la bionica, la c. sociale e quella industriale, la medicina c., nonché altri rami sempre più specializzati per far penetrare il sapere cibernetico e le rispettive tecniche nelle più fini arborizzazioni delle varie attività scientifiche e tecnologiche.
La bioingegneria (v. in questa App.) è anch'essa di derivazione cibernetica e dev'essere considerata una scienza che, oltre a occuparsi della costruzione di strumenti per la biomedicina, s'inserisce nella logica della medicina c. con la quale collabora, in uno con la bionica (v. in questa App.).
Quest'ultima, partendo dallo studio dei sistemi biologici naturali, progetta e costruisce "sistemi analogici" conosciuti col termine di "pazienti artificiali", che sono largamente usati per le esercitazioni pratiche degli studenti, per le ricerche di medicina c., e specialmente nella costruzione di modelli.
I modelli di muscolo (fig. 1), di cuore e di altri organi, nonché la simulazione dell'uomo nello spazio, sono stati decisivi per la realizzazione di ordigni spaziali sempre più perfetti e tendenti alla "fusione" del sistema nervoso del pilota con "quello dell'astronave".
Le ricerche sul comportamento del cuore e di altri organi nello spazio condotte per ridurre al minimo i danni provocati dall'accelerazione e dalla zero-gravità, e le altre indagini effettuate nei laboratori della NASA, hanno fatto progredire notevolmente gli studî di fisiologia e di neurofisiologia, contribuendo all'interpretazione della patogenesi delle malattie disnomiche, provocate cioè da errori informazionali che fanno inceppare i dispositivi di regolazione funzionale dei vari organi, apparati e sistemi.
La metodologia c. ha avuto notevoli ripercussioni industriali e sociali, perfezionando le tecniche di programmazione e di ricerca operativa (v. ricerca operativa, in questa App.), nonché del controllo qualità dei prodotti e dei servizi, con notevole vantaggio della produzione industriale.
Tale controllo è stato paragonato a quello effettuato dall'organismo vivente e l'analogia è stata confermata dagli studi di R. Bachert del Centro ricerche sulla produttività, dell'università di Strasburgo, nonché di altri autori che hanno contribuito agli sviluppi della sociologia c., sulla scorta degli studi di N. Wiener che può essere considerato il precursore della c. sociale, che è andata sempre più sviluppandosi in questi ultimi anni.
Meritano di essere ricordati gli studi di A. Moles sulla sociometria e sui modelli cibernetici dei fenomeni economico-sociali, nonché quelli di M. Manescu, autore di ricerche sul ruolo della c. nel campo economico-sociale (fig. 2).
Non possiamo dilungarci nella citazione dei lavori compiuti da numerosi ricercatori nel campo dell'economia, ma ci limitiamo a ricordare gli studi di S. Beer sull'impatto della c. sull'industria, e quelli di E. Huant che definisce l'impresa come unità cibernetica vivente.
La fusione della c. con la medicina ha dato vita ben presto alla medicina c. e a una stretta collaborazione fra medicina e ingegneria, che ha condotto a considerare la biomedicina quasi come un settore dell'ingegneria, destinato allo studio di un particolare tipo di macchina: quella vivente (A. Masturzo).
La medicina c. opera nei seguenti settori principali: matematizzazione della medicina, ricerca col metodo della simulazione, diagnosi automatica, individuazione della terapia ottimale, lettura dei tracciati, delle radiografie e dei preparati istologici. Essa si occupa inoltre dell'automazione dei laboratorî di ricerche applicate alla clinica (fig. 3), del controllo delle funzioni biologiche nel corso di interventi chirurgici o di terapia intensiva, dell'insegnamento automatizzato (automated instruction), della formazione permanente del medico (continuing medical education), dell'automazione dei servizi sanitari e del controllo qualità in medicina.
Sulla diagnosi automatica è opportuno fare qualche breve cenno, precisando subito che essa non sostituisce l'opera del medico, ma lo aiuta a risolvere i problemi imposti dalla complessità della moderna medicina, che, per effetto delle nuove tecniche di esplorazione e del gran numero di dati biomedici, vede trasformare la cartella clinica tradizionale in un dossier voluminoso racchiudente una stragrande massa di dati informativi, quasi sempre espressi in linguaggio numerico.
La diagnosi, allorché dev'essere ricavata dall'elaborazione di lunghe colonne di cifre, costituisce un problema di probabilità condizionata (L. P. Lusted e R. S. Ledley), la cui soluzione implica calcoli complessi che possono essere effettuati soltanto con l'impiego dell'elaboratore elettronico.
La dinamica della logica operativa della diagnosi automatica è rappresentata schematicamente dalla fig. 4, che riporta i vari stadî dell'elaborazione, resa più spedita applicando alcuni teoremi del calcolo delle probabilità di cui il più noto è quello di Bayes, del quale si riporta soltanto la formula finale:
dove y rappresenta una malattia tra una serie di malattie y1, y2,..... yk, esumendo che siano mutuamente escludentisi, x rappresenta un insieme di dati clinici e paraclinici x1, x2,.... xj, P è il simbolo di probabilità e ∉ quello di sommatoria.
L'uso di tale formula richiede la preparazione accurata di tabelle statistiche riportanti le relazioni malattie-sintomi, presentate in ordine di frequenza.
Gli elaboratori elettronici dell'ultima generazione hanno segnato un ulteriore progresso nel campo della diagnosi automatica, permettendo di sostituire le formule matematiche piuttosto complesse e non scevre talora di errori, con operazioni logiche e aritmetiche molto semplici che i nuovi calcolatori elettronici effettuano con grande esattezza e in un tempo ridottissimo. Gli ultimi tipi di computer hanno permesso di studiare nuove tecniche di diagnosi non-bayesiana, come quella medigrafica proposta da Masturzo, utile non solo per individuare la malattia da cui è affetto un dato paziente, ma anche per effettuare screening automatici (analisi medigrafica) di gruppi di soggetti opportunamente scelti, allo scopo di studiare le interrelazioni informazionali fra malattie diverse.
Con questo metodo è stata evidenziata l'esistenza di un triangolo informazionale reumatismo-cancro-malattie mentali (Masturzo), che ha dimostrato una particolare resistenza degli ammalati psichiatrici di fronte al reumatismo e di fronte al cancro (fig. 5), confermata da studi condotti nel Galles, in Inghilterra, in Grecia, in URSS e in altri paesi.
Un altro settore della medicina c. riguarda i modelli elettronici per lo studio della patogenesi di svariate malattie, fra cui il reumatismo e le altre malattie disnomiche, e il cancro.
I modelli cibernetici sono stati anche utilizzati per la progettazione e la costruzione delle protesi cibernetiche e per la realizzazione di modelli di cervello di cui il computer è l'esemplare più suggestivo. Tali modelli hanno contribuito non solo ad approfondire le conoscenze sulle funzioni cerebrali, ma anche a perfezionare il computer sulla scorta delle acquisizioni di neurofisiologia.
Meritano di essere ricordati, anche sotto il profilo storico, l'exepia di M. Gardner, l'omeostato di W. R. Ashby, i modelli di Grey Walter, la macchina di P. Nayrac, il modello di C. E. Shannon, quelli di A. M. Uttley, di B. L. M. Chapman, di F. H. George, di P. M. Milner, di P. Rosenblatt, di R. M. Bergstrom e altri.
Non si possono passare sotto silenzio le macchine di G. Pask (adaptative machines) che riescono a costruire da sole delle regole di condotta ricavate dall'osservazione dell'ambiente circostante e capaci di eseguire dei progetti industriali.
I perceptroni, le matrici di apprendimento di K. Steinbuc, il modello di talamo di Masturzo si sono altresì rivelati utili sia per la ricerca scientifica, sia per perfezionare l'organizzazione dei varî settori industriali e dei servizi sanitari sulla scorta delle regole logiche impiegate dal cervello per soprintendere e controllare armonicamente tutte le funzioni dell'organismo.
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