Matematica ed esseri viventi: applicazioni in biologia dei fondamenti della Teoria del Caos
La scienza dell’informazione ha dimostrato già dalla seconda metà del XX secolo che regole e equazioni semplici, applicate ad un sistema fisico,non sempre conducono ad un ordine stabile ma possono evolvere in risultati non prevedibili. La teoria del caos fornisce alcune spiegazioni aiutandoci a comprendere questi fenomeni particolari dei cosiddetti “sistemi non lineari”.
Questa teoria esamina forme matematiche semplici che, in certe condizioni o per piccole perturbazioni, conducono a soluzioni in cui i valori delle variabili sono fortemente amplificati.
Altra caratteristica fondamentale dei sistemi caotici è quella di tendere, in forme diverse e secondo traiettorie delle variabili in gioco diverse tra loro, verso situazioni limite che, pur essendo non determinabili in modi preciso, sono identificabili in punti o aree specifiche definite appunto “ attrattori strani “.
Un esempio tipico di attrattore strano è riportato nella figura che segue:
E’ interessante notare come la Natura si serva nella generazione e nel mantenimento delle innumerevoli forme vitali, rappresentabili mediante la teoria del caos come sistemi complessi non lineari, in modo da facilitarne la flessibilità di comportamento ed evoluzione : è chiaro che la struttura di un sistema dal comportamento rigido e predeterminato sarabbe facilmente distrutta da stimoli, anche piccoli, non prevedibili.
Queste dinamiche non lineari sono rilevabili negli organismi viventi nel comportamento considerato fisiologico anche se la medicina attuale si basa essenzialmente su principi di linearità in cui la normalità è vista come costanza dei parametri e le alterazioni vengono valutate in modo progressivo e prevedibile.
Ad esempio, sia la respirazione che la frequenza cardiaca nel loro funzionamento normale sono processi che manifestano le fluttuazioni tipiche dei processi non lineari; in uno studio ( Singer-1988) è stato dimostrato che il battito regolare del cuore che si protrae nel tempo senza variazioni è un segnale di un prossimo arresto cardiaco.
Diversi studi recenti condotti dalla Harvard Medical School fanno ritenere che il sistema cardiaco, ed in particolare il suo ritmo, sono assimilabili ad oscillatori periodici governati da sottosistemi che obbediscono a leggi non lineari come anche il simpatico, il parasimpatico,i processo che mantengono costante la temperatura del corpo,la secrezione degli ormoni….
Il riesame di numerosi dati, raccolti su pazienti nel corso delle ultime decine di anni nella clinica ordinaria relativa ad ambiti specialistici i più disparati, conduce verso la stessa direzione: l’ipotesi più probabile è che i meccanismi di adattamento biologici, indispensabili per mantenere l’omeodinamica dei processi fisiologici, siano intepretabili mediante la teoria di processi caotici.
Se questi studi avranno ulteriori conferme la medicina dovrà necessariamente tenderne conto per aumentare la comprensione dei processi biologici e , di conseguenza, adattare le tecniche diagnostiche e terapeutiche a questa nuova disciplina.
In un certo senso possiamo affermare che la complessità in biologia è sinonimo di flessibilità e variabilità in quanto il nostro apparato sistemico deve essere in grado di rispondere velocemente anche a piccoli stimoli non prevedibili ed improvvisi con tempestività,variando la direzione delle proprie risorse in modo pressochè istantaneo se la situazione lo richiede.
Un sistema rigido non sopravviverebbe a lungo nel nostro ambiente naturale.
La presenza di attrattori strani della teoria del caos può essere vista, nello studio dei sistemi biologici, come un “ordine nascosto” dietro al caos apparente : è questo ordine nascosto, sensibile, come abbiamo detto, a ciò che succede internamente e nell’ambiente esterno al nostro corpo-mente, a garantire lo svolgimento delle funzioni fisiologiche che ci assicurano la vita e la salute.
Un esempio particolarmente rappresentativo di come la nostra biologia, considerata come un unico sistema complesso (olismo docet ancora una volta!), sia sensibile alla teoria del caos è indicato dai tanto temuti o, viceversa troppo trascurati, effetti collaterali del nostro comune apparato farmaceutico.
Nei sistemi complessi e non lineari, ai quali può essere assimilato appunto il nostro corpo-mente, l’effetto di una perturbazione – in questo caso il farmaco- non ha luogo solo sull’organo ”bersaglio” ma si riverbera, spesso con effetto a cascata, su molte parti dell’intero sistema : in tale visione gli effetti collaterali sono diretta conseguenza delle reazioni chimico-fisiche generate dalla reazione che il medicinale produce anche in distretti e organi distanti, causando spesso squilibri nell’omeodinamica complessiva.
A rendere più complicata l’analisi degli effetti collaterali è l’unicità dell’intero sistema della persona che può pertanto essere più o meno suscettibile a tali reazioni avverse.
L’approccio sistemico della toria del caos in questo caso prevede che venga studiato ogni effetto possibile tramite piccole variazioni nella posologia del farmaco in modo da verificarne le eventuali reazioni amplificate sul sistema biologico individuale, intervenendo eventualmente con soluzioni alternative.
Altro esempio in cui la teoria del caos può aiutare a comprendere meglio specifiche patologie è costituito dalla forme di disagio psichico che , in clinica psichiatrica, sono riconducibili all’insorgere di idee fisse o ossessioni (si veda per un approfondimento su questo tema: “Omeostati, complessità e caso di Bellavite-Andrighetti-Zatti” – Franco angeli editore – 1995). In tali casi, infatti,diversamente da una psiche normale che, pur essendo ricca di variabilità generata dal normale flusso caotico dei pensieri presenti nella mente, converge verso forme comportamentali stabili ( gli attrattori strani della teoria del caos), nell’ossessivo emergono comportamenti stereotipati, ripetitivi o fissi, assai difficili da modificare dall’esterno.
La logica lineare,nei casi di aggravamento, putroppo generalmente utilizzata anche in psichiatria, è quella di intervenire aumentando la dose dei farmaci o gli interventi coercitivi mentre l’approccio sistemico indica nella individuazione della variabile a cui l’individuo è più sensibile, sia essa un ricordo emotivo traumatico o una o più specifiche sostanze di cui è carente il suo sistema neurologico, come causa principale dell’effetto amplificatore del disturbo.
Interessante notare che il modello biologico cui sottende la teoria del caos è in grado di spiegare non solo le alterazioni delle variabili che assicurano la stabilità del sistema facendolo virare verso situazioni caotiche ( è il caso più frequente del manifestarsi delle malattie nella fase “acuta”) ma permette anche di valutare il caso della fase “cronica” di una malattia, rappresentata da altri attrattori, questa volta di tipo patologico, in cui il sistema è stabile ma con i valori dei parametri fisiologici alterati. I questi casi la guarigione completa diventa più difficile proprio per la stabilità del sistema nel quale modifiche delle variabili non rimuovono la convergenza verso il nuovo attrattore.
La vita e la natura che la genera non smetteranno mai di sorprenderci se solo riusciamo a guardarla con occhi attenti, pieni di meraviglia e privi di pregiudizi, aperti ai segreti che questo sguardo ci rivela. La Scienza fonda la sua forza proprio in questo svelare nuove leggi che ci aiutano a comprendere la natura e a vivere in armonia con essa.
Prof. Luciano d’Abramo
