Il polpo: Un alieno tra noi

La vita batterica autoreplicante è apparsa sulla Terra circa 4 miliardi di anni fa. Per la maggior parte della storia della Terra, la vita è rimasta a livello unicellulare, e niente di simile a un sistema nervoso è esistito fino a circa 600 o 700 milioni di anni fa (MYA). Nella teoria dello schema di attenzione, la coscienza dipende dal sistema nervoso che elabora le informazioni in un modo specifico. La chiave della teoria, e sospetto che sia la chiave di qualsiasi intelligenza avanzata, è l’attenzione – la capacità del cervello di concentrare le sue risorse limitate su una parte limitata del mondo in un dato momento, al fine di elaborarla in modo più profondo.

Inizierò la storia con le spugne marine, perché aiutano ad inquadrare l’evoluzione del sistema nervoso. Sono i più primitivi di tutti gli animali multicellulari, senza un piano generale del corpo, senza arti, senza muscoli e senza bisogno di nervi. Siedono sul fondo dell’oceano, filtrando le sostanze nutritive come un setaccio. Eppure le spugne condividono alcuni geni con noi, tra cui almeno 25 che, nelle persone, aiutano a strutturare il sistema nervoso. Nelle spugne, gli stessi geni possono essere coinvolti in aspetti più semplici di come le cellule comunicano tra loro. Le spugne sembrano essere in bilico proprio sulla soglia evolutiva del sistema nervoso. Si pensa che abbiano condiviso un ultimo antenato comune con noi tra circa 700 e 600 MYA.

Al contrario, un altro antico tipo di animale, la gelatina marina, ha un sistema nervoso. Le gelatine di mare non si fossilizzano molto bene, ma analizzando la loro relazione genetica con altri animali, i biologi stimano che potrebbero essersi separate dal resto del regno animale già nel 650 MYA. Questi numeri possono cambiare con nuovi dati, ma come stima plausibile e approssimativa, sembra che i neuroni, i componenti cellulari di base di un sistema nervoso, siano apparsi per la prima volta nel regno animale da qualche parte tra le spugne e le gelatine di mare, poco più di mezzo miliardo di anni fa.

Un neurone è, in sostanza, una cella che trasmette un segnale. Un’onda di energia elettrochimica attraversa la membrana della cellula da un’estremità all’altra, a circa 200 piedi al secondo, e influenza un altro neurone, un muscolo o una ghiandola. I primi sistemi nervosi potrebbero essere stati delle semplici reti di neuroni collegati in tutto il corpo, interconnettendo i muscoli. Le idre lavorano su questo principio di rete nervosa. Sono piccole creature acquatiche – animali trasparenti, simili a fiori, con sacche per il corpo attaccate a molte braccia – e appartengono alla stessa antica categoria delle gelatine marine. Se si tocca un’idra in un punto, la rete nervosa diffonde i segnali indiscriminatamente, e l’idra si contrae nel suo insieme.

Una rete nervosa non elabora informazioni, non in nessun senso significativo. Si limita a trasmettere segnali in tutto il corpo. Collega lo stimolo sensoriale (un colpetto sull’idra) a un output muscolare (una contrazione). Dopo la comparsa della rete nervosa, tuttavia, i sistemi nervosi hanno rapidamente evoluto un secondo livello di complessità: la capacità di potenziare alcuni segnali rispetto ad altri. Questo semplice ma potente trucco di potenziamento del segnale è uno dei modi di base in cui i neuroni manipolano le informazioni. È un elemento costitutivo di quasi tutte le computazioni che conosciamo nel cervello.

L’occhio del granchio è uno degli esempi meglio studiati. Il granchio ha un occhio composto con una serie di rilevatori, ognuno con un neurone al suo interno. Se la luce cade su un rilevatore, attiva il neurone all’interno. Fin qui tutto bene. Ma in un pizzico di complessità in più, ogni neurone è collegato ai suoi vicini più prossimi, e a causa di queste connessioni, i neuroni competono tra loro. Quando un neurone in un rilevatore si attiva, tende a sopprimere l’attività dei neuroni nei rilevatori vicini, come una persona in una folla che cerca di gridare più forte mentre zittisce le persone più vicine a lui.

Il meccanismo nell’occhio di un granchio è probabilmente il più semplice e fondamentale esempio di attenzione. La nostra attenzione umana è semplicemente una versione elaborata di essa, fatta degli stessi elementi costitutivi.

Il risultato è che se un punto di luce sfocata brilla sull’occhio del granchio, con la parte più luminosa del punto che colpisce un rilevatore, il neurone in quel rilevatore diventa molto attivo, vince la competizione e spegne i suoi vicini. Il modello di attività attraverso l’insieme dei rivelatori nell’occhio non solo segnala un punto luminoso, ma segnala anche un anello di oscurità intorno ad esso. Il segnale è, in questo modo, potenziato. L’occhio del granchio prende una realtà sfocata in scala di grigi e la affina in un’immagine ad alto contrasto con picchi esagerati e più luminosi e ombre più scure. Questo miglioramento del segnale è una conseguenza diretta dei neuroni che inibiscono i loro vicini, un processo chiamato inibizione laterale.

Il meccanismo nell’occhio del granchio è probabilmente l’esempio più semplice e fondamentale – il modello A dell’attenzione. I segnali competono tra loro, i segnali vincenti vengono potenziati a spese dei segnali perdenti, e questi segnali vincenti possono poi continuare a influenzare i movimenti dell’animale. Questa è l’essenza computazionale dell’attenzione. La nostra attenzione umana è semplicemente una versione elaborata di essa, fatta degli stessi elementi costitutivi. Si può trovare il metodo dell’inibizione laterale dell’occhio di granchio in ogni fase di elaborazione del sistema nervoso umano, dall’occhio ai livelli più alti del pensiero nella corteccia cerebrale. L’origine dell’attenzione si trova in profondità nel tempo evolutivo, più di mezzo miliardo di anni fa, con un’innovazione sorprendentemente semplice.

I granchi appartengono a un vasto gruppo di animali, gli artropodi, che comprende ragni e insetti e altre creature con esoscheletri duri e articolati e che si è ramificato da altri animali circa 600 MYA. L’artropode estinto più famoso, quello che oggi ha il più grande fan club, è il trilobite, una creatura dalle gambe snodate, quasi come un ferro di cavallo in miniatura, che strisciava sul fondo dei mari cambriani già nel 540 MYA. Quando i trilobiti morivano e affondavano nel limo finissimo del fondo dell’oceano, i loro occhi sfaccettati erano a volte fossilizzati con dettagli sorprendenti. Se guardi un fossile di trilobite ed esamini i suoi occhi sporgenti attraverso una lente di ingrandimento, spesso puoi ancora vedere il mosaico ordinato dei singoli rivelatori. A giudicare da questi dettagli fossilizzati, l’occhio del trilobite deve aver assomigliato molto all’occhio di un granchio moderno nella sua organizzazione ed è probabile che abbia usato lo stesso trucco di competizione tra rilevatori vicini per affinare la sua visione del fondo marino antico.

Immaginate un animale costruito in modo frammentario con attenzione “locale”. In quell’animale, ogni parte del corpo funzionerebbe come un dispositivo separato, filtrando le proprie informazioni e scegliendo i segnali più salienti. Uno degli occhi potrebbe dire: “Questo particolare punto è particolarmente luminoso. Non importa gli altri punti”. Nel frattempo, indipendentemente, una delle gambe dice: “Sono appena stato colpito duramente proprio qui. Ignora i tocchi più leggeri nelle vicinanze!”. Un animale con questa sola capacità si comporterebbe come un insieme di agenti separati che per caso sono fisicamente incollati insieme, ogni agente che grida i propri segnali, innescando le proprie azioni. Il comportamento dell’animale sarebbe, nel migliore dei casi, caotico.

Per una risposta coerente al suo ambiente, l’animale ha bisogno di un’attenzione più centralizzata. Possono molte fonti separate di input – gli occhi, il corpo, le gambe, le orecchie, i sensori chimici – riunire le loro informazioni in un unico luogo per un ordinamento globale e una competizione tra i segnali? Questa convergenza permetterebbe all’animale di selezionare l’oggetto più vivido nel suo ambiente, quello che sembra più importante al momento, e poi generare una singola risposta significativa.

Nessuno sa quando questo tipo di attenzione centralizzata è apparso per la prima volta, in parte perché nessuno è sicuro di quali animali ce l’abbiano e quali no. I vertebrati hanno un processore di attenzione centrale. Ma i meccanismi dell’attenzione non sono stati studiati così a fondo negli invertebrati. Molti tipi di animali, come i vermi segmentati e le lumache, non hanno un cervello centrale. Hanno invece gruppi di neuroni, o gangli, sparsi nel loro corpo per eseguire calcoli locali. Probabilmente non hanno un’attenzione centralizzata.

Gli artropodi, come i granchi, gli insetti e i ragni, sono candidati migliori per l’attenzione centralizzata. Hanno un cervello centrale, o almeno un aggregato di neuroni nella testa che è più grande di qualsiasi altro nel loro corpo. Questo grande ganglio può essersi evoluto in parte a causa dei requisiti della visione. Poiché gli occhi sono nella testa e la visione è il senso più complicato e ad alta intensità di informazioni, la testa riceve la maggior parte dei neuroni. Anche alcuni aspetti dell’olfatto, del gusto, dell’udito e del tatto convergono su quel ganglio centrale.

Gli insetti sono più intelligenti di quanto si pensi. Quando colpisci una mosca e questa riesce a scappare – come quasi sempre fa – non sta solo sfrecciando via per un semplice riflesso. Probabilmente ha qualcosa che possiamo chiamare attenzione centrale, o la capacità di concentrare rapidamente le sue risorse di elaborazione su qualsiasi parte del suo mondo sia più importante al momento, al fine di generare una risposta coordinata.

Polpi, calamari e seppie sono veri alieni rispetto a noi. Nessun altro animale intelligente è così lontano da noi sull’albero della vita.

Gli octopus sono le superstar degli invertebrati per la loro sorprendente intelligenza. Sono considerati molluschi, come le vongole o le lumache. I molluschi apparvero probabilmente per la prima volta circa 550 MYA e rimasero relativamente semplici, almeno nell’organizzazione del loro sistema nervoso, per centinaia di milioni di anni. Un ramo, i cefalopodi, alla fine evolse un cervello complesso e un comportamento sofisticato e potrebbe aver raggiunto qualcosa di simile alla forma moderna di un polpo intorno al 300 MYA.

Octopus, calamari e seppie sono veri e propri alieni rispetto a noi. Nessun altro animale intelligente è così lontano da noi sull’albero della vita. Ci mostrano che l’intelligenza del cervello grande non è un evento unico, perché si è evoluto indipendentemente almeno due volte, prima tra i vertebrati e poi di nuovo tra gli invertebrati.

Gli ottomani sono eccellenti predatori visivi. Un buon predatore deve essere più intelligente e meglio coordinato della sua preda, e usare la vista per localizzare e riconoscere la preda è particolarmente intenso dal punto di vista computazionale. Nessun altro sistema sensoriale ha una tale quantità di informazioni varie che si riversano e un tale bisogno di un modo intelligente per concentrarsi su sottoinsiemi utili di tali informazioni. L’attenzione, quindi, è il nome del gioco per un predatore visivo. Forse questo stile di vita ha qualcosa a che fare con l’espansione dell’intelligenza del polpo.

Qualunque sia la ragione, il polpo ha sviluppato un sistema nervoso straordinario. Può usare strumenti, risolvere problemi e mostrare una creatività inaspettata. In una dimostrazione ormai classica, i polpi possono imparare ad aprire un barattolo di vetro svitando la parte superiore per raggiungere un gustoso boccone all’interno. Il polpo ha un cervello centrale e anche un processore indipendente e più piccolo in ogni braccio, dandogli una miscela unica di comando centralizzato e distribuito.

Il polpo ha anche probabilmente modelli ricchi di sé, costantemente aggiornati, fasci di informazioni per monitorare il suo corpo e il comportamento. Da una prospettiva ingegneristica, avrebbe bisogno di modelli di sé per funzionare efficacemente. Per esempio, potrebbe avere una qualche forma di schema corporeo che tiene traccia della forma e della struttura del suo corpo per coordinare il movimento. (In questo senso, si potrebbe dire che un polpo conosce se stesso. Possiede informazioni su se stesso e sul mondo esterno, e queste informazioni si traducono in un comportamento complesso.

Ma tutti questi tratti veramente meravigliosi non significano che un polpo sia cosciente.

I ricercatori della coscienza a volte usano il termine consapevolezza oggettiva per significare che le informazioni sono arrivate e vengono elaborate in un modo che influenza la scelta comportamentale. In questa definizione piuttosto bassa, si potrebbe dire che un microonde è consapevole dell’impostazione del tempo e un’auto a guida autonoma è consapevole dell’ostacolo incombente. Sì, un polpo è oggettivamente consapevole di se stesso e degli oggetti che lo circondano. Contiene le informazioni.

Ma è soggettivamente consapevole? Se potesse parlare, affermerebbe di avere un’esperienza soggettiva e cosciente allo stesso modo di voi o di me?

Chiediamo al polpo. Immaginate un esperimento del pensiero un po’ improbabile. Supponiamo di essere entrati in possesso di un folle dispositivo fantascientifico – chiamiamolo Speechinator 5000 – che funge da traduttore da informazione a voce. Ha una porta che può essere collegata alla testa del polpo, e verbalizza le informazioni trovate nel cervello.

Potrebbe dire cose come “C’è un pesce” se il sistema visivo del polpo contiene informazioni su un pesce vicino. Il dispositivo potrebbe dire: “Sono un’entità con un mucchio di arti che si muovono in questo e quel modo”. Potrebbe dire: “Tirar fuori un pesce da un barattolo richiede di girare quella parte circolare”. Direbbe molte cose, che riflettono le informazioni che sappiamo essere contenute nel sistema nervoso del polpo. Ma non sappiamo se direbbe: “Ho un’esperienza soggettiva, privata, una coscienza di quel pesce. Non lo elaboro soltanto. Ne faccio esperienza. Vedere un pesce mi fa sentire qualcosa”. Non sappiamo se il suo cervello contiene questo tipo di informazioni perché non sappiamo cosa gli dicono i modelli di sé del polpo. Potrebbe mancare il macchinario per modellare cosa sia la coscienza o per attribuire quella proprietà a se stesso. La coscienza potrebbe essere irrilevante per l’animale.

L’enigma del polpo è un esempio istruttivo di come un animale possa essere complesso e intelligente, eppure, finora, non siamo in grado di rispondere alla domanda sulla sua esperienza soggettiva o addirittura se la domanda abbia un significato per quella creatura.

Sì, un polpo è oggettivamente consapevole di se stesso e degli oggetti che lo circondano. Ma è soggettivamente consapevole? Se potesse parlare, affermerebbe di avere un’esperienza soggettiva e cosciente allo stesso modo di voi o di me?

Forse una fonte di confusione qui è l’automatico e potente impulso umano di attribuire la coscienza agli oggetti che ci circondano. Siamo inclini a vedere la coscienza nei pupazzi e in altri oggetti ancora meno probabili. Le persone a volte credono che le loro piante d’appartamento siano coscienti. Un polpo, con il suo comportamento riccamente complesso e i suoi grandi occhi pieni di attenzione focalizzata, è un test delle macchie d’inchiostro molto più convincente, per così dire, che scatena in noi una forte percezione sociale. Non solo sappiamo, intellettualmente, che raccoglie informazioni oggettive sul suo mondo, ma non possiamo fare a meno di sentire che deve avere anche una consapevolezza soggettiva che emana da quegli occhi pieni di anima.

Ma la verità è che non lo sappiamo, e la sensazione che abbiamo della sua mente cosciente dice più su di noi che sul polpo. Gli esperti che studiano i polpi rischiano di diventare gli osservatori meno affidabili su questo punto, perché sono quelli che più probabilmente si lasciano incantare da queste meravigliose creature.

Per essere chiari, non sto dicendo che i polpi non sono coscienti. Ma il sistema nervoso del polpo è ancora così incompletamente compreso che non possiamo ancora confrontare la sua organizzazione cerebrale con la nostra e indovinare quanto potrebbe essere simile nei suoi algoritmi e modelli di sé. Per fare questi tipi di confronti, dovremo esaminare gli animali della nostra stessa stirpe, i vertebrati.

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