Che cosa l’occhio della rana ha detto al cervello di Maturana

Autore

Giorgio Vallortigara
è professore di Neuroscienze all’Università di Trento. Il suo ultimo libro, pubblicato da Adelphi, è “Pensieri della mosca con la testa storta” (2021).

Il lavoro di Humberto Maturana ha avuto una grande risonanza in discipline diverse, dalle scienze cognitive a quelle sociali e dell’educazione. Per me, tuttavia, appassionato dei piccoli fatti minuscoli, il suo nome resta indissolubilmente legato a un articolo di elettrofisiologia, pubblicato nel 1959, assieme a Jerome Lettvin, Warren McCulloch e Walter Pitts con il titolo folgorante «What the frog’s eye tells the frog’s brain».  

Oggi è riconosciuto come un classico, tra gli articoli più citati nelle neuroscienze e la retorica del titolo è stata utilizzata in centinaia di variazioni sul tema (come sto facendo io stesso in questo scritto). Pochi sanno, però, che l’articolo all’inizio non fu accolto bene; venne anzi irriso nella comunità dei neurofisiologi, che non credevano ai risultati, e fu pubblicato su una rivista di ingegneria del MIT, dove peraltro avevano trovato casa gli autori, presso il mitico Research Lab of Electronics, nel cui alveo Norbert Wiener aveva fatto innestare un piccolo gruppo di studiosi del sistema nervoso. Humberto Maturana si aggiunse poi al gruppo, chiamato da Lettvin.  

Per la sua tesi di dottorato a Harvard Maturana aveva studiato il nervo ottico della rana, che comprende mezzo milione di fibre. Lavorando con Lettvin in un anno mise a punto la tecnica per registrare da singole fibre. Tempi eroici. A leggerne oggi, la tecnologia impiegata per gli esperimenti dai due studiosi mette quasi tenerezza: la rana veniva collocata in una struttura di alluminio a forma di semisfera sulla quale erano fissati dei piccoli oggetti collocati su dei magneti attaccati alla superficie interna che venivano mossi da altri magneti posizionati su quella esterna. All’epoca l’idea era che la retina fosse un trasmettitore passivo, un tappeto di elementi singoli, i fotorecettori, connessi individualmente e in modo soltanto verticale con i neuroni retinici che provvedevano a inviare questi segnali semplici al cervello. Quest’ultimo svolgeva quindi l’intero lavoro interpretativo. Ma Lettvin, Maturana e colleghi mostrarono che nella retina della rana vi sono «rilevatori di caratteristiche», neuroni che rispondono a specifiche proprietà di uno stimolo visivo: bordi, movimenti, cambiamenti nei livelli di luce. Osservarono anche la presenza di neuroni predisposti a rispondere a piccoli oggetti scuri che si muovono spostandosi nel campo visivo, i famosi «bug detectors». 

Come tutti i grandi lavori scientifici «What the frog’s eye tells the frog’s brain» riecheggia miti antichi. In particolare, quello platonico della riduzione di tutte le strutture possibili a un ristretto numero di forme perenni, rivelatrici e generatrici di tutte le altre. E c’è ovviamente una forte ispirazione kantiana nello studio, in questo tentativo di cogliere sperimentalmente le basi neurali del sintetico a priori, cioè l’esistenza di filtri naturali che selezionano i contenuti dell’esperienza. 

Più prosaicamente lo studio mostra che molto di quello che si pensava avesse luogo nel cervello accade già nella retina. L’occhio della rana «parla» al cervello della rana, nel senso cioè che possiede un linguaggio altamente organizzato, fatto di detettori di convessità, di concavità, di contrasto, e non si limita quindi a un trasferimento passivo del segnale luminoso trasdotto in segnale elettrico. A partire da qui, però, si avvia la svolta epistemologica di Maturana: l’idea che la costruzione della realtà operi da subito nei sistemi biologici. Quello che mostrano gli esperimenti con le rane è che l’attività del sistema nervoso è certamente determinata da qualcosa che c’è là fuori, ma soprattutto dipende dall’attività del sistema nervoso stesso. Il mondo là fuori sembra agire come il grilletto che scatena un’attività predeterminata internamente del sistema nervoso. Ma se l’attività del sistema nervoso è generata dalla sua organizzazione, allora il suo prodotto non può che essere un sistema circolare, auto-riflessivo, quello che Maturana assieme con Francisco Varela etichetterà poi come «auto-poietico».  

Tutto inizia con le rane. E tutto torna alle rane. Poco prima della sua scomparsa, in un editoriale per uno special issue della rivista Biochemical and Biophysical Research Communications sul tema della cosiddetta «Minimal Cognition», abbiamo scritto: «In 1980s Humberto Maturana suggested that: “Living systems are cognitive systems, and living as a process is a process of cognition”, extending this statement to all organisms “with or without a nervous system”». L’interesse odierno per le condizioni minime della cognizione, studiate nei cervelli miniaturizzati degli insetti, dei vermi nematodi, ma anche dei protisti, delle piante, o degli organismi unicellulari è parte della eredità di pionieri come Maturana. Un’eredità che non si limita agli organismi viventi che conosciamo, ma che si estende a quelli che andremo a creare. Michael Levin, uno degli autori dello special issue, a partire da cellule staminali di embrioni di rane della specie Xenopus laevis, ha separato singole cellule e le ha rimontate, assemblandole in forme anatomiche mai osservate in natura. Questi «xenobot», come li ha chiamati, se vengono divisi in due parti si autoriparano spontaneamente, e possono interagire tra loro, muovendosi in modo coerente, esplorando il proprio ambiente acquatico per settimane. Lo studio dei sistemi biologici come sistemi cognitivi, le menti come potrebbero essere oltre che come sono, è appena iniziato. 

Lettvin J.Y., Maturana H.R., McCulloch W.S., Pitts WH. (1959). What the frog’s eye tells the frog’s brain. Proc. Inst. Radio Engr. 47:1940–1951. 

Maturana, H.R., Varela, F.J. (1980) Autopoiesis and Cognition. The Realization of the Living, Dordrecht: Reidel, 1980. 

Regolin, L., Vallortigara, G. (2021). Rethinking Cognition: From Animal to Minimal. Biochem. Biophys. Res. Commun., https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2021.05.055. Online ahead of print. 

Levin, M. (2020). Life, death, and self: Fundamental questions of primitive cognition viewed through the lens of body plasticity and synthetic organisms. Biochem. Biophys. Res. Commun., S0006-291X(20)32006-4. doi: 10.1016/j.bbrc.2020.10.077. Online ahead of print. 

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