Scoperta rivoluzionaria: come il polpo ispira la robotica avanzata

Il mistero neurale dei tentacoli: una rivoluzione per robotica e neuroscienze

Il campo delle neuroscienze accosta alla robotica la fascinazione suscitata dalle meraviglie dell’oceano attraverso studi sorprendenti sulla figura enigmatica del polpo. In particolare, uno studio recente ha analizzato 25 esemplari osservati nel loro habitat naturale ed ha dato vita al primo catalogo esaustivo relativo ai movimenti intricati dei loro tentacoli. Questo rappresenta una svolta fondamentale non solo per la conoscenza della biologia animale, ma anche per il progresso nell’intelligenza artificiale avanzata e nelle innovazioni terapeutiche riabilitative. La destrezza senza pari con cui i tentacoli degli octopodi sono capaci di piegarsi, avvolgersi e arricciarsi, consentendo l’esplorazione e interagendo con oggetti, è ora un punto cardine nell’ambito scientifico.

Un aspetto particolarmente interessante riguarda il modo in cui questo comportamento sofisticato venga orchestrato da un sistema nervoso unico nel suo genere, aprendo così scenari inconsueti all’ingegneria dei robot moderni; ciò è ulteriormente accentuato dalla sua struttura straordinariamente decentralizzata, tipica dell’organismo marino in questione. Dei circa 500 milioni di neuroni che compongono il sistema nervoso di questi animali, la maggior parte non è concentrata nel cervello centrale, ma bensì distribuita lungo gli otto tentacoli. Questa architettura neuronale distribuita consente ai tentacoli di agire in modo semindipendente, prendendo decisioni e reagendo agli stimoli sensoriali anche senza un intervento diretto del cervello centrale.

Recenti studi hanno confermato questa caratteristica unica: i ricercatori hanno scoperto come, mentre ogni tentacolo è dotato di un circuito nervoso segmentato, questo permette un controllo preciso. In particolare, il controllo così preciso dei tentacoli, dotati di centinaia di ventose, è reso possibile da un circuito del sistema nervoso segmentato. Secondo un articolo di Wired, i neuroni sono concentrati lungo un ampio cordone nervoso assiale che si estende per tutta la lunghezza di ciascun tentacolo, formando segmenti separati da “setti”. Da questi setti emergono nervi e vasi sanguigni che si connettono ai muscoli circostanti. L’interconnessione dei nervi provenienti da più segmenti a diverse regioni muscolari suggerisce una sofisticata collaborazione per un controllo muscolare di altissima precisione.

Anche i nervi che regolano le ventose si collegano tramite i setti, creando una sorta di “mappa spaziale nervosa” delle ventose, essenziale per il loro controllo puntuale.

A riprova di ciò, uno studio comparativo con i calamari ha mostrato che, sebbene questi ultimi si siano differenziati dai polpi circa 270 milioni di anni fa e posseggano otto tentacoli con ventose oltre a due tentacoli provvisti di ventose solo all’estremità, il loro cordone nervoso assiale è segmentato unicamente nei tentacoli provvisti di ventose. Ciò suggerisce una forte correlazione tra la segmentazione del sistema nervoso e la capacità di eseguire movimenti precisi in ambienti specifici, come l’esplorazione del fondale marino per i polpi o l’afferrare prede in acque libere per i calamari.

Implicazioni per la robotica autonoma e la riabilitazione

L’approfondita analisi del sistema nervoso decentralizzato dei polpi si rivela una fonte preziosa per l’innovazione nel settore della tecnologia robotica. È suggestivo concepire robot dotati di arti reattivi agli stimoli sensoriali, capaci, come sono i tentacoli dell’animale marino stesso, di prendere decisioni autonomamente a livello locale. Tale configurazione consentirebbe la produzione di robot estremamente agili e versatili, perfettamente attrezzati per affrontare contesti intricati e imprevisti dove il comando centralizzato possa apparire insufficiente o poco efficiente.

Uno degli esempi più illuminanti è rappresentato dal progetto Octopus: pioniere indiscusso nel campo dei robot che sanno gestire oggetti dalle forme variegate mediante l’utilizzo dei suoi innovativi tentacoli artificialmente creati seguendo il modello offerto dal cefalopode. La capacità che questi strumenti hanno nell’afferrare articoli delicati è ben documentata attraverso le ricerche condotte da scienziati della Harvard University. A ulteriore conferma delle potenzialità offerte da questa tecnologia ci pensa uno studio proveniente da GeoPop; qui viene evidenziata la straordinaria flessibilità fornita ai robot imitativi rispetto alla morfologia degli arti dei molluschi marini che permette loro di agire anche nei più angusti e ostici spazi.

Una ulteriore sfida appassionante interessa l’evoluzione delle protesi robotiche nonché quella degli esoscheletri utilissimi nelle pratiche riabilitative. Un tentacolo di polpo, anche se reciso, può continuare a muoversi e a rispondere agli stimoli, suggerendo una resilienza e una capacità di autogestione che potrebbero essere incorporate in dispositivi medici. Ciò si traduce nella possibilità di realizzare arti robotici che non solo replicano il puro movimento, ma anche la capacità di prendere piccole decisioni, anticipare problemi e migliorare la qualità della vita dei pazienti.

Per individui con danni neurologici, come quelli dovuti a ictus o lesioni del midollo spinale, replicare anche solo parzialmente l’autonomia e la coordinazione dei tentacoli del polpo potrebbe rappresentare un passo avanti significativo nelle terapie riabilitative, consentendo una maggiore indipendenza e funzionalità.

La robotica ispirata al polpo si estende anche alla chirurgia mini-invasiva, con strumenti chirurgici dotati di “bracci morbidi” che possono muoversi nello spazio corporeo in modo preciso, limitando i danni ai tessuti.

L’intelligenza distribuita del polpo e la coscienza

La peculiarità del sistema nervoso del polpo, con il suo cervello centrale e gli otto “mini-cervelli” autonomi distribuiti nei tentacoli, solleva interrogativi profondi sulla natura dell’intelligenza e della coscienza. Secondo uno studio pubblicato su ANSA, i polpi possiedono una forma di intelligenza distribuita, in cui le decisioni e le azioni possono essere prese a vari livelli del sistema nervoso, riducendo il bisogno di un costante coordinamento dal “quartier generale” cerebrale.

In particolare, è stata identificata una sorprendente analogia tra il sistema nervoso del polpo e quello degli esseri umani: recenti ricerche hanno trovato che le molecole di RNA giocate nel loro sistema nervoso potrebbero essere simili a quelle coinvolte in varie funzioni cognitive umane. Entro questo contesto, la distribuzione dei neuroni e la loro capacità di interazione suggeriscono che gli animali possono possedere forme di consapevolezza altamente diversificate.

Questa decentralizzazione della cognizione, come spiegato da Peter Godfrey-Smith nel suo libro La diffusione dell’intelligenza, porta a riconsiderare il concetto di “cervello”, estendendolo a una rete neuronale complessa e interconnessa che si estende per tutto il corpo. Gli studi hanno di fatto mostrato che un singolo tentacolo può continuare a effettuare movimenti complessi anche isolato dal corpo principale per un breve periodo.

Questo porta a una riconsiderazione del concetto di “cervello”, estendendolo a un’intera rete neuronale complessa e interconnessa che si estende per tutto il corpo. Le “appendici” del polpo sono in grado di prendere decisioni quasi indipendenti, suggerendo una forma di cognizione “corporea” che integra percezione e azione in modo profondamente intrinseco.

Riflessioni su apprendimento, adattamento e benessere mentale

Le straordinarie capacità di apprendimento e adattamento del polpo, intrinsecamente legate alla sua architettura neuronale decentralizzata, offrono spunti preziosi per la psicologia cognitiva e comportamentale. I polpi dimostrano una notevole abilità nel risolvere problemi, esplorare ambienti e manipolare oggetti con curiosità, apprendendo rapidamente nuove strategie. Un aspetto cruciale di questo apprendimento è rappresentato dalla plasticità neuronale e somatosensoriale in risposta a traumi. Se un polpo può sviluppare un nuovo tentacolo con funzioni autonome dopo una ferita, ciò suggerisce che la plasticità del sistema nervoso non si limita solo a riorganizzare le connessioni esistenti, ma può generare nuove strutture funzionali in risposta a stimoli avversi o danni fisici.

Nel contesto umano, questo si lega al recupero da traumi neurologici o psicologici. La riabilitazione di pazienti con danni cerebrali mira a stimolare la plasticità neurale per “ricablare” le funzioni perdute o per far sì che altre aree del cervello ne assumano il compito. Tuttavia, la capacità del polpo di creare autonomamente nuove funzionalità da un’area compromessa apre a scenari in cui la riabilitazione potrebbe non solo recuperare, ma anche stimolare la generazione autonoma di nuove capacità o reti neurali che superino il danno iniziale.

Questo implicherebbe un modo completamente diverso di pensare al recupero post-trauma, non solo come riparazione, ma come ri-evoluzione funzionale. Riflettendo sul polpo, veniamo stimolati a considerare la nostra stessa mente e il nostro corpo come un sistema integrato ed elastico.

Questa ricerca segna l’avvio di una nuova era nella sinergia tra biologia e ingegneria, in cui persino il più piccolo movimento può disvelare il potenziale per grandi scoperte.