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1. La mente a più dimensioni: Dagli spazi topologici alla
Dissipative Quantum Brain – Intervista a Fausto Intilla
Risale ormai a circa sette anni fa (era l’estate
del 2017), la notizia di una scoperta fatta dai
ricercatori del progetto Blue Brain (nato nel
2005 su iniziativa della Scuola Politecnica
Federale di Losanna e della IBM), in relazione
a ciò che potremmo definire una sorta di
multidimensionalità della mente umana. Lo
studio in questione apparve sulla rivista
“Frontiers in Computational Neuroscience”
con il titolo: “Cliques of Neurons Bound into
Cavities Provide a Missing Link between
Structure and Function”. Ciò che i ricercatori
hanno scoperto, in pratica, è che quando il
nostro cervello processa dell’informazione
(lavorando ad esempio su uno specifico
problema), esso crea delle temporanee
strutture neuronali in grado di evolvere in uno
spazio topologico, passando da una fino a sette dimensioni ed oltre (in alcune reti
neuronali infatti, sono state trovate strutture geometriche con un massimo di undici
dimensioni). Grazie alla topologia algebrica, una branca della matematica che
applica gli strumenti dell’algebra astratta per studiare gli spazi topologici, possiamo
disporre di validi strumenti matematici per discernere i dettagli della rete neuronale,
sia in una visione ravvicinata a livello dei singoli neuroni, sia su scala più ampia,
nel momento in cui prendiamo in considerazione la struttura cerebrale nel suo
insieme. Collegando tra loro questi due “livelli” di visualizzazione della realtà
neuronale, i ricercatori sono riusciti a distinguere nel cervello, delle strutture
geometriche ad alta dimensione, formate da insiemi di neuroni strettamente
collegati (cricche) e da spazi vuoti (cavità) tra tali insiemi. Ciò che i ricercatori
hanno scoperto, in definitiva, è una quantità ed una varietà entrambe molto elevate
di cricche e cavità, tendenti a dimensioni piuttosto elevate che non erano mai state
viste prima nelle reti neuronali (sia biologiche che artificiali). Anche se ancora non
è chiaro cosa fa sì che cricche e cavità si formino nei loro modi altamente specifici,
sembrerebbe che le cavità siano di fondamentale importanza per le nostre funzioni
cerebrali. Tuttavia, ancora oggi non sappiamo in che modo la complessità di queste
forme geometriche multidimensionali formate dai nostri neuroni, è correlata alla
complessità dei vari compiti cognitivi.
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2. Diagramma rappresentante gruppi di neuroni e connessioni tra loro che, da un punto di
vista topologico, formano delle “cricche” multidimensionali.
Fatta questa breve premessa, possiamo a questo punto dare la parola al nostro caro
amico Fausto Intilla, che da molti anni ormai si occupa di divulgazione scientifica
e che per Altrogiornale.org, ha già scritto parecchi articoli e si è reso disponibile in
molte occasioni, a delle interessanti interviste su vari temi a carattere prettamente
scientifico. L’intervista è a cura di Riccardo Viola.
R.V.: “Buongiorno Fausto e bentrovato per questa nuova intervista. Sulla base di
quanto è stato esposto finora, vi è qualcosa che vorresti rimarcare? C’è qualche
dettaglio che vorresti aggiungere alla sintesi dell’argomento trattato, oppure
preferisci spostare l’attenzione su altri contesti che ritieni in qualche modo ad esso
correlati?”
F.I.: “Buongiorno Riccardo e grazie di cuore per avermi coinvolto, in questa nuova
intervista, in un argomento che ho sempre amato fin da quando ero molto giovane;
ovvero, la ricerca sugli aspetti più misteriosi e reconditi della mente umana. Non
aggiungo altro sulla sintesi fatta inizialmente per esporre l’argomento in questione,
poiché ritengo che sia già sufficientemente esaustiva. Ti confesso che, quando
nell’estate del 2017 lessi per la prima volta su “Frontiers in Computational
Neuroscience”, l’articolo da te menzionato in apertura di questa intervista, nel
momento in cui mi soffermai un istante sulle potenziali undici dimensioni
raggiungibili in determinati spazi topologici attraverso l’attività neuronale, il mio
pensiero volò subito in un contesto scientifico altamente speculativo, che poco o
niente, sembrerebbe, abbia a che vedere con queste recenti scoperte sulla
multidimensionalità della mente umana. La mia abitudine a ragionare sempre per

3. analogie, mi portò infatti subito verso quella che da molti anni è nota, nel campo
delle teorie di superstringa (ovvero delle teorie di stringa basate sulla
supersimmetria), come teoria M. La teoria in questione, elaborata circa trent’anni
fa (1995) da Edward Witten, si propone di unificare praticamente tutte le teorie delle
superstringhe coerenti. Ebbene nell’ipotesi di Witten, che egli denominò teoria M,
vi era un chiaro riferimento (oltre ad altro ancora) ad una determinata relazione tra
le ordinarie teorie di stringa e la teoria della supergravità; una particolare teoria di
campo a undici dimensioni. Ma la cosa più sorprendente, è che in questi ultimi anni
i teorici stanno cercando di definire/ “riformulare” la teoria di Witten, oltre che sulla
base della teoria delle matrici, persino su quella relativa alla dualità di Maldacena;
la famosa corrispondenza AdS/CFT (anti-de Sitter / teoria di campo conforme).
Quando si sente parlare di principio olografico o più estesamente di universo
olografico, si ricordi che la dualità di Maldacena, è spesso descritta come una
dualità olografica. Sappiamo che gli ologrammi sono fondamentalmente di natura
bidimensionale, ma ciononostante, essi racchiudono tutta l’informazione relativa
agli oggetti da cui traggono origine. Analogamente, le teorie correlate dalla
corrispondenza AdS/CFT, si presume siano esattamente equivalenti. Occorre
dunque identificare la teoria di campo conforme (CFT) come un ologramma, in
grado di catturare l’informazione inerente alla gravità quantistica avente una natura
dimensionale di ordine superiore. Circa tre anni fa (2021), l’amica Paola Zizzi, in
un interessantissimo lavoro, riuscì a dimostrare il principio olografico nella sua
versione quantistica (QHP), nel contesto della Loop Quantum Gravity (LQG). Nel
principio olografico quantistico (QHP), l’area della superficie di confine che
racchiude una determinata regione di spazio, codifica un qubit per unità di Planck.
È possibile dunque, tirando le somme e ragionando per analogie, ipotizzare dei
parallelismi tra il regno della mente umana e quello definito da princìpi ancora non
del tutto esplorati/risolti (poiché spesso di ordine addirittura inferiore alla scala di
Planck), della realtà quantistica o basata sostanzialmente sulla teoria
dell’informazione. Può darsi che, quello scoperto dai ricercatori nello studio
dell’attività neuronale nei processi di elaborazione dell’informazione, sia una sorta
di fenomeno emergente di natura algebrico-topologica, le cui origini siano da
ricercarsi nel regno della teoria delle stringhe o di altre teorie a carattere puramente
speculativo, poiché inerenti a contesti lontani dalla possibilità di una verifica
sperimentale. Alla fine possiamo solo fare delle ipotesi e null’altro”.
R.V.: “Permettimi tuttavia di aggiungere, caro Fausto, che le ipotesi da te
considerate non sembrerebbero, di primo acchito, così campate in aria. D’altronde,
proprio in questi ultimi anni, ci siamo avvicinati sempre più all’idea che tutto debba
essere in correlazione con tutto. Grazie al crollo definitivo del realismo locale, oggi
abbiamo proprio la certezza di vivere in una realtà non-locale”.
F.I.: “Certamente, le cose stanno proprio così. La realtà in cui viviamo è, a tutti gli
effetti, non-locale. Gli ultimi dubbi su un eventuale realismo locale, come immagine
della realtà, li abbiamo potuti sciogliere nel 2015, con gli ultimi e decisivi
(loopholes free) esperimenti sulle disuguaglianze di Bell; dove la violazione di tali
disuguaglianze, ha confermato la validità del teorema di Bell e quindi,

4. contemporaneamente, l'inesorabile fine del realismo locale. Nel 2016, è stato inoltre
condotto un importante esperimento con particelle tra loro entangled per la verifica
del surrealismo quantistico; in tale esperimento (con doppia fenditura) si è
dimostrata finalmente l’effettiva esistenza delle traiettorie surreali previste
dall’interpretazione di Bohm della meccanica quantistica (dove le particelle
seguono traiettorie reali guidate da un’onda pilota e non avviene mai il collasso
della funzione d’onda). Si ricordi tuttavia che l’interpretazione di Bohm e quella
classica della MQ in cui avviene il collasso della funzione d’onda, sono entrambe
coerenti da un punto di vista sperimentale ed equivalenti tra loro in termini
matematici. L’interpretazione di Bohm, pur essendo una teoria a variabili nascoste,
è infatti non-locale; dunque in accordo con il teorema di Bell e con i principi della
MQ. Ma è anche di natura contestuale; come lo è tutta la MQ. Inoltre, dulcis in
fundo, riesce a bypassare persino le imposizioni del teorema di Kochen-Specker,
per il quale non sono ammesse teorie a variabili nascoste di natura non-contestuale.
Forse siamo andati un po’ troppo fuori tema, perdendo il punto centrale
dell’argomento di base e focalizzandoci su questioni indubbiamente interessanti,
ma non strettamente legate ai processi di elaborazione dell’informazione nel
cervello umano.
Nel suo ottimo libro “Piccole variazioni sulla scienza”, Ignazio Licata si chiede
quanto possa essere reso complesso un modello di attività cognitiva; citando poi
immediatamente la teoria del Dissipative Quantum Brain di Giuseppe Vitiello.
Come ci ricorda lo stesso Vitiello, il cervello è un sistema aperto, dissipativo, le cui
funzioni non esistono se non nella sua interazione con il mondo; la coscienza
invece, è da intendersi come la manifestazione di tale dinamica dissipativa. Dunque
la coscienza non è “centrata” sul soggetto (ovvero “chiusa” in esso); essa è piuttosto

5. diffusa nel dominio delle interazioni del cervello con l’ambiente in cui esso è
“immerso”. Nel modello dissipativo, l’acquisizione di una nuova memoria, come ci
ricorda sempre lo stesso Vitiello, comporta non solo l’aggiunta di un nuovo
attrattore al paesaggio degli attrattori, ma la riorganizzazione dell’intero paesaggio
e quindi il suo completo aggiornamento alla luce della nuova acquisizione. Per
formalizzare la sua teoria, Vitiello ha applicato il formalismo delle teorie
quantistiche dei campi (QFT), alla descrizione della dinamica neuronale. Licata dal
canto suo ci ricorda che, contrariamente a quanto accade nei modelli di rete neurale,
non c’è saturazione nell’interazione con l’ambiente circostante e nuova
informazione si può aggiungere a quella già presente senza distruzioni o
sovrascritture. Ciò deriva da una proprietà tecnica relativa alle teorie quantistiche
di campo, che è il numero infinito di stati di vuoto. Nel cervello essi si manifestano
come un numero enorme di “locazioni” di memoria in forma di domini di
correlazione che aumentano con il numero di connessioni che il sistema stabilisce
con l’ambiente. Sempre Licata, nel suo libro citato poc’anzi, sottolinea tuttavia che
occorre evitare di cadere in un grosso equivoco; ovvero quello di credere che la
teoria di Vitiello possa essere in qualche modo intesa come una sorta di teoria della
“mente quantistica” o del “cervello quantistico” (alla stregua di quella ideata da
Penrose e Hameroff). No, le teorie di questo tipo sono quantistiche nel senso del
formalismo utilizzato per descriverle, che tratta il cervello come un sistema a molte
particelle. Per concludere, teniamo sempre presente che la teoria di Vitiello non è
Turing-computabile, poiché una teoria quantistica di campo (QFT) non è
descrivibile da una logica ma da un metalinguaggio quantistico, ideato da Paola
Zizzi nella sua tesi di dottorato. Inoltre, la differenza tra la teoria di Penrose-
Hameroff e quella di Vitiello, sta nel fatto che la prima è una visione microscopica-
quantomeccanica con computazione quantistica, mentre la seconda è una visione
quantistica macroscopica con informazione nascosta e senza computazione. In altri
termini, possiamo dire che la teoria di Vitiello ha un’informazione quantistica
nascosta (come dimostra Paola Zizzi nel suo paper: "Quantum Information hidden
in quantum fields", tramite un meccanismo di riduzione, la QFT rivela una struttura
interna nascosta di qubits massimamente entanglati); lo stesso Vitiello afferma
infatti che ogni vuoto porta con sé un codice di informazione. Però, mentre nella
teoria di Penrose-Hameroff, l’informazione quantistica è usata per la computazione
quantistica (perché in effetti la loro teoria è basata sulla meccanica quantistica;
quindi lì, abbiamo informazione quantistica più computazione quantistica), nella
teoria di Vitiello abbiamo solo informazione quantistica nascosta ma non
computazione quantistica. È possibile quindi visualizzare le due teorie, una come
microscopica (Penrose-Hameroff) e l’altra (Vitiello) come effetto macroscopico
quantistico dovuto agli stati coerenti e alle long range correlations.
Potremmo dire, in ultima analisi, che il teorema di incompletezza di Gödel,
applicato alla mente (come fecero Roger Penrose nel caso classico e Paola Zizzi
nel caso quantistico), vale per una teoria della mente basata sulla QFT come
quella di Vitiello, ma non per una teoria basata sulla meccanica quantistica
come quella di Penrose-Hameroff.

6. R.V.: “Davvero tutto molto interessante, Fausto. Mi stanno a questo punto venendo
in mente alcune altre domande, sulla questione dell’intelligenza artificiale; ma mi
rendo conto che se te le ponessi, questa intervista diverrebbe molto lunga e non
voglio approfittare troppo del tuo tempo prezioso, nonché della tua pazienza e
disponibilità. Per cui, come al solito, ti ringrazio di cuore a nome di tutta la
redazione di AG per la tua preziosa collaborazione e ti auguro una buona
continuazione”.
F.I.: “Grazie a te Riccardo. Un caro saluto a voi tutti. A risentirci!”