Questo articolo è stato scritto con Sarah Grant

Prendendosi una pausa dalle polarità guidate dall’elettricità e da altre implementazioni della logica booleana[1], questo testo si concentra sugli algoritmi decisionali espressi come bisogno fondamentale della vita: la ricerca di cibo. Tramite la progettazione e l’osservazione degli esperimenti con il Physarum Polycephalum, generalmente noto come melma policefala (o muffa mucillaginosa), gli impianti di distribuzione di cibo diventano un terreno di gioco sperimentale per la modellazione di complessi di comportamenti comunicativi. Come parte di una breve residenza presso l’Institute for Experimental Design and Media Cultures, nell’ambito del progetto di ricerca Thinking Toys for Commoning, l’artista e ingegnere critico Sarah Grant ha esplorato la comunicazione attraverso il materiale della muffa con un particolare interesse per la topologia di rete e la condivisione delle risorse. Nelle prossime righe parleremo di ciò che possiamo imparare dalla melma policefala per quanto riguarda l’auto-organizzazione e la comunicazione.

Il progetto di ricerca quadriennale finanziato dalla SNSF, Thinking Toys for Commoning, affronta la complessità dell’edilizia immobiliare cooperativa sostenibile con approcci esplorativi e ludici nei confronti della modellazione al computer. Il team sperimenta modelli basati sull’agente (ABM) per esplorare scenari e argomenti specifici. Il lavoro sulla modellistica basata su agenti fa parte del metodo di ricerca: “giocattoli pensanti”, ovvero configurazioni e artefatti che favoriscono la riflessione sulla complessità, consentendo ai ricercatori e ai membri della comunità di esplorare le strategie future e di rendere comprensibili processi altrimenti poco intuitivi. La residenza di Sarah Grant unisce la sua pratica di modellazione dei sistemi biologici a questioni di modellazione computazionale della comunicazione attraverso il citoplasma dell’organismo e i suoi nuclei.

La melma policefala in natura, in laboratorio e in studio

Il Physarum Polycephalum è una melma policefala unicellulare. Nella sua fase di nutrizione (forma plasmodiale[2]), ricorda una piccola chiazza di mucosa di colore giallo brillante. La melma a più teste (Polycephalum) è una sacca di citoplasma[3] contenente una moltitudine di singoli nuclei. In natura vive nelle foreste, abitando la lettiera di foglie umide e brulicando lentamente nel suo ambiente per nutrirsi di batteri, funghi e altri microrganismi.

Sebbene non abbia un “cervello” o una “memoria” centralizzati, mostra un comportamento che potrebbe essere definito proto-intelligente o consapevole; è in grado di risolvere labirinti[4] e di calcolare i percorsi più brevi di una rete[5]. La melma policefala viene utilizzata come modello di lavoro per modalità di organizzazione decentrata. Gli scienziati danno “compiti” agli organismi modello e poi osservano come questi risolvono i problemi. Questo lavoro, che spesso assume la forma di un “test di intelligenza”, è raramente utilizzato dagli scienziati per attribuire proprietà simili a quelle umane (intelligenza, cognizione) alla melma policefala, ma questo sembra essere esattamente ciò che fanno questi esperimenti, sostiene la nuova studiosa della materia Jacqueline Dalziell[6].

Anche agli artisti piace lavorare con questa ambigua creatura vivente, che sfida la nostra comprensione del pensiero e dell’intelligenza. La media artist degli ibridi Vanessa Lorenzo lavora spesso con la microflora e la fauna del nostro ambiente urbano in modo poetico e sorprendente. Da un lato i progetti di Lorenzo sono interessati al linguaggio visivo evocativo di batteri, funghi e muffe, dall’altro sfidano e riflettono anche sulla presunta individualità e completezza di esseri viventi, umani, culture. Teresa Schubert, che chiama la sua attività postmedia, usa spesso la muffa mucillaginosa come catalizzatore estetico, ma anche per mettere in discussione il suo legame con l’altro (umani e non umani, la natura).

Operando sul trasferimento di idee tra il progetto Thinking Toys for Commoning (ABM) e i modelli di melma in esame, Agnes Cameron ha utilizzato modelli computazionali (automi cellulari) per una serie di esperimenti con la mediazione del flusso di informazioni su una rete decentrata.

Modellare la comunicazione comunitaria con il Physarum Polycephalum

Potremmo modellare la condivisione delle risorse, come si fa in una cooperativa per edilizia immobiliare, con le reti della melma policefala? Per indagare come i flussi di comunicazione e le risorse sono condivise all’interno di una rete di nodi interdipendenti, Sarah Grant ha lavorato con il Physarum Polycephalum durante una breve esperienza all’interno del progetto Thinking Toys for Commoning presso il Critical Media lab, IXDM, di Basilea.

Come viene condivisa l’informazione all’interno di una rete viva e decentralizzata? Come possiamo tenere traccia delle informazioni mentre queste si fanno strada attraverso queste reti? Quali intuizioni si possono fare sulla condivisione delle risorse e sul flusso di informazioni, rispetto agli scenari del mondo reale al di là della vita della melma? La gigantesca cellula mobile della melma è costituita da molti nuclei funzionanti in modo indipendente che agiscono come unità, mostrando un comportamento cooperativo per ottimizzare le condizioni dell’insieme. Poiché si tratta di un organismo vivente, c’è sempre un certo grado di incertezza su come si comporterà.

Nel laboratorio Critical Media, Sarah Grant ha messo a punto nove progetti sperimentali di topologie di rete per osservare come i modelli di comunicazione fatti di melma policefala si evolvono in diverse parti dell’organismo, spinti da diverse condizioni di cooperazione:

  1. distribuzione lineare decentrata e omogenea (1A)
  2. scarsità decentralizzata e dispersiva (2A,2B,2C)
  3. centralizzato, cerchi (3A)
  4. equo campo di distribuzione decentralizzato a triangolo o quadrato (4A,4B)
  5. Guadagni di base contro il lusso, compresi gli ostacoli (5A,5B)

Le muffe mucillaginose sono state collocate in vaschette uguali, realizzate su misura. La distribuzione delle fonti di nutrimento aveva lo scopo di facilitare lo sviluppo di diverse topologie di rete (centralizzate/decentralizzate), in sintonia con le questioni del superamento degli ostacoli e della scarsità di fonti di nutrimento. Ci si aspettava che le scelte alimentari influenzassero lo sviluppo della topologia di rete, crescendo più velocemente verso alimenti di preferenza (miele > avena > pasta). Coloranti alimentari sono stati utilizzati per consentire l’osservazione del modo in cui le informazioni si muovono attraverso il corpo della cellula gigante: tracciare quali parti della rete hanno avuto contatto con quali fonti alimentari (rosso, blu, rosso).

Questi progetti si sono basati su un attento posizionamento di attrattivi e repellenti nel substrato di crescita (agar-agar), assumendo che il miele è il cibo preferito dal Physarum e che cercherebbe di superare gli ostacoli per ottenerlo, che l’avena è la sua seconda migliore scelta, e la pasta è una terza scelta accettabile. Sarah ha giocato con la spaziatura tra le fonti di cibo e la loro regolarità, tingendole con coloranti alimentari naturali in modo da poter osservare come la cellula comunica, come sposta le informazioni attraverso il suo corpo e come i diversi alimenti sono distribuiti in modo uniforme nell’organismo. In che modo le diverse topologie di rete influiscono sull’efficienza della condivisione del cibo e del flusso di informazioni? Al di là di queste tematiche di carattere pragmatico, il nostro interesse per la melma policefala è spinto dall’ambizione di mettere in discussione le differenze concettuali e le similitudini pratiche tra il modo in cui i modelli informatici e gli organismi modello funzionano e vengono utilizzati in contesti di ricerca e artistici.

Topologie di comunità in crescita e comunicazione attraverso la cellula

La melma policefala cresceva espandendosi e ritirandosi in tutte le direzioni fino a capire dove si trovava il cibo per poi stabilire percorsi di rete più spessi verso le fonti di cibo. Se fonti come l’avena venivano poste l’una vicino all’altra (circa 1 cm), il corpo stabiliva una rete a maglie per il cibo in un paio di giorni. Se non trovava nulla, lasciava tracce sotto forma di deposito extracellulare come memoria spaziale esternalizzata e si asteneva dall’esplorare due volte la stessa area priva di risorse.

Quando gli veniva offerto cibo in cerchi concentrici posti a distanze uguali, il Physarum si estendeva in anelli e consumava le fonti di cibo più vicine piuttosto che esplorare lo spazio in modo centripeto. Negli scenari di “scarsità”, si concentrava su “isole” di fonti di cibo prima di cercare di trovarne altre. La ricerca di queste fonti equamente distribuite in configurazioni regolari (triangolo e quadrato) ha funzionato come previsto essendo relativamente vicine l’una all’altra; quindi si è passati dall’esplorare ulteriormente e consumare nelle vicinanze in modo uguale, coprendo gradualmente l’area nello stesso modo.

La preferenza per il miele non ha funzionato come ci si aspettava. Nei diversi allestimenti in cui il miele veniva utilizzato per attrarre il Physarum, quest’ultimo lo evitava quando doveva fare movimenti necessariamente ingombranti. Il miele veniva colorato di rosso o di blu, ed è possibile che questo particolare colorante alimentare abbia causato un comportamento inaspettato. In un particolare allestimento, il n.3, (cerchi concentrici centralizzati) il Physarum, lasciato crescere indisturbato per un paio di giorno, si è diffuso ovunque e ha esplorato il piatto in cerchi, due o tre volte prima di raggiungere il miele. In un altro caso, ha consumato il miele solo dopo un’intera settimana di esplorazione del resto dell’ambiente e delle fonti alimentari. Il caso più estremo è stato quello dell’allestimento con repellente (scarsità vs lusso) dove polvere bollente di paprica rossa è stata usata come “muro” alla macchia di miele. Il Physarum alla fine ha raggiunto il miele in poco meno di una settimana.

Quando viene lasciato senza cibo e in un ambiente con troppa luce, il plasmodio entra nella sua fase riproduttiva, passando all’interno di uno sporangio. Durante questo periodo, dalla superficie della melma policefala spuntano dei gambi, ognuno con un corpo fruttifero contenente una spora pronta per la riproduzione sessuale. Una volta che le condizioni ambientali ritornano a essere favorevoli, le spore emergono dai corpi fruttiferi e si uniscono per formare nuovi plasmodi, e così il ciclo vitale ricomincia.

Comunicazione o calcolo: cosa possiamo imparare della melma policefala?

Sia gli organismi modello che quelli computerizzati sono strumentalizzati nella ricerca scientifica. Sono resi “utili” e vengono utilizzati come mezzi, come strumenti di misurazione del mondo reale. La melma policefala e i suoi processi vitali sono scomposte in diverse metafore: le particelle di flusso descrivono il comportamento dei pacchetti o dei nodi della rete; i tubi descrivono canali, cavi o linee ferroviarie. L’obiettivo è sempre quello di ottimizzare il funzionamento del sistema tecnico implementando i meccanismi osservati nel comportamento della melma policefala.

Adam Adamatzky, prolifico ricercatore della melma policefala nella ricerca computazionale per nuovi principi di elaborazione e calcolo efficiente delle informazioni: propone l’utilizzo della melma policefala come porte logiche[7]. Diversamente da questa prospettiva strumentale, Jaqueline Dalziell propone di prendere in considerazione il calcolo del Physarum come una specie di comunicazione.

Nei progetti di ricerca artistica e basati sul design, come nel lavoro svolto nel corso della residenza di Sarah Grant, il rapporto tra calcolo e organizzazione è multidirezionale. L’organismo modello, la melma policefala, sta facendo il lavoro di un modello computerizzato ma non ci aspettiamo di vedere previsioni o simulazioni realistiche. Ciononostante, la melma policefala calcola e comunica. L’interesse per il modo in cui comunica segnala un ambito pratico e situato di questo lavoro (al contrario di articolazioni e prove puramente teoriche). Dimostra la capacità di muoversi tra il mondo reale e la sua astrazione in modo produttivo.

L’opera di Grant è determinata esteticamente (le decisioni sui design sperimentali sono condotte e misurate con l’occhio) ma non è limitata a questo singolo dominio. Non sta usando la melma policefala strumentalmente, ma in modo esplorativo. Non c’è nessun test per la sopravvivenza o il fallimento dell’organismo, nessun processo di ottimizzazione da perfezionare. Eravamo semplicemente interessati al modo in cui la melma policefala trasporta le informazioni. Abbiamo cercato di adottare uno sguardo più astratto verso i complicati processi di esplorazione dell’ambiente, della ricerca di cibo e del trasporto di informazioni riguardanti l’alimentazione attraverso la “comunità” dei nuclei. Eravamo interessati a comportamenti e strutture emergenti, senza formulazioni predeterminate di problemi che potrebbe risolvere. La documentazione della crescita discussa sopra ci dà un’idea dei fattori e delle complessità coinvolte in questi processi.

Come potrebbe essere comparato alla comunicazione in una cooperativa edilizia? Osservando attentamente il flusso di colore attraverso i canali con un microscopio, potremmo tracciare l’interazione della forma della melma policefala con fonti alimentari o aree del piatto. Se dovessimo decidere di trattare queste particelle fluttuanti come messaggi o pacchetti, potremmo trovare dei metodi di trasmissione più ottimali nei diversi allestimenti (nodi centralizzati, sparsi o regolarmente distribuiti). Ma il punto di questo curioso atteggiamento (anche ingenuo) è di rimanere indecisi sulle esatte transazioni (dalle particelle ai pacchetti) e di articolare modi trasformativi per confrontare i processi della melma policefala con la comunicazione in rete.

[1] Per polarità e logica booleana mi riferisco alla pratica di codificare le informazioni come sequenze di 0 e 1, o al calcolo guidato dal flusso di informazioni attraverso porte logiche, che possono avere degli stati “veri” o “falsi”. Per saperne di più: https://en.wikipedia.org/wiki/Boolean_algebra Questo paradigma computazionale attuale riproduce e rafforza il campionamento del mondo e della società su binari quali ” uomo ” e ” donna “.

[2] Un plasmodio è una struttura vivente di citoplasma (vedi nota 4) che contiene molti nuclei, piuttosto che essere diviso in singole cellule con un singolo nucleo ciascuna. È lo stadio di nutrimento delle melme policefale.

[3] Il citoplasma è una soluzione densa che riempie ogni cellula ed è racchiusa dalla membrana cellulare. È composto principalmente da acqua, sali e proteine.

[4] Quando si muove nel suo ambiente, la melma policefala lascia uno spesso tappeto di melma non vivente, extracellulare, che informa il corpo in cerca di cibo che ha già esplorato quella zona – una sorta di “memoria” spaziale. Per ulteriori informazioni, vedi: Reid, C. R., Latty, T., Dussutour, A. & Beekman, M., Slime mold uses an externalized spatial ‘memory’ to navigate in complex environments. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 109, 17490–17494 (2012). and Nakagaki, T., Yamada, H. & Tóth, A., Maze-solving by an amoeboid organism. Nature 407, 470 (2000).

[5] L’esperimento ferroviario di Tokyo ha dimostrato come le reti del Physarum che collegano le fonti di cibo che rappresentavano le posizioni geografiche delle città dell’area di Tokyo, riproducono il layout e l’efficienza dei trasporti della rete ferroviaria vera e propria. Per maggiori dettagli, vedi: Tero, A. et al. Rules for biologically inspired adaptive network design. Science 327, 439–442 (2010).

[6] Dalziell, J. Microbiology as Sociology: The Strange Sociality of Slime. In Kirby, V., What If Culture Was Nature All along 153–178 (Edinburgh University Press, 2017).

[7] Adamatzky ha pubblicato numerosi articoli sulla melma policefala e sul calcolo (per esempio: https://arxiv.org/abs/1005.2301). È particolarmente famoso per i due libri che sviluppano le sue idee di calcolo e di melma policefala: Adamatzky, A., Physarum Machines: Computers from Slide Mould. World Scientific. e Adamatzky, Andrew, (2010) e Advances in Physarum Machines: Sensing and Computing with Slime Mould. Springer (2016).