Transizione di fase e auto-regolazione critica nelle dinamiche cerebrali.

In contemporary cognitive sciences and neuroscience, it is now common to speak in terms of mind-body non-dualism and embodied cognition, as well as the indissoluble relationship between the individual psyche and the relational context in which it is embedded. The notion that brain activity operates in a parallel and distributed fashion, self-regulating itself on various scales of functional integration, is also increasingly accredited. However, the foundations of these assumptions are rarely deepened. Closed and self-sufficient explanations cannot account for the complexity of cognitive processes; at the same time, however, multi-factor analysis in itself is not an adequate approach to clarify some issues concerning the emergence of mental functions from the interrelation of multiple elements. In the field of neuroscience, the introduction of theories, concepts and tools derived from the physics of complex systems is proving to be a stimulating promise for future research on the relationship between the psyche, the brain and the body, both from a clinical and neuro-phenomenological point of view. Namely, they allow us to explain how neuronal relationships self-organize and why. It seems that nowadays these potentials are better known to a few biologists, physicists and engineers than to neuroscientists. The intrinsic variability of nervous activity, erroneously considered as "noise", highlights how, in the organic dynamism, what matters is to maintain a state of complementarity: excitation and inhibition, novelty and constancy, freedom and determination, chaos and order, conservation and energy dissipation, specialization and holism are not mutually exclusive, but all act in balance. The theories of chaos and complexity shed light on transient and ambiguous brain processes, yet they're highly significant. In interacting with the world and its representations, the nervous system alternates its states between extremes of chaotic segregation and dynamic integration, and by dynamically balancing these tendencies it maximizes computational power, flexibility and resilience, as well as the degree of health. This thesis intends to provide psychologists with a brief but heterogeneous overview of the physical, statistical and phenomenological principles of neural dynamics, in order to illustrate how the brain system, operating on the basis of labile and homogeneously distributed connections in the dendritic tissue, spontaneously manifests ordered phenomena. Each neuron acts on a myriad of synapses, covering an infinitesimal part of the cortical macro-structures, yet the combination of these erratic activities facilitates critical conditions with fractal features; this is the major requirement for the rapid emergence of coherent states. In the physics of condensed matter as in neurology, the phenomena that describe the rapid emergence of ordered structures from disorder are second order phase transitions, which can be analyzed through the notion of attractor; the understanding of these phenomena, which are fundamental in almost all neocortical operations, requires the introduction of these and other conceptual and statistical tools, still sporadically employed in the context of the sciences of the mind. Exploring the possibilities offered by these approaches can stimulate numerous future research projects, as well as a thriving interdisciplinary exchange, from which many heterogeneous scholarships can earn mutual enrichment. ​

Nelle scienze cognitive e nelle neuroscienze contemporanee, è ormai comune parlare in termini di non-dualismo mente-corpo e di coscienza incarnata, così come dell’indissolubile rapporto tra la psi- che individuale ed il contesto relazionale in cui si trova immersa. Viene inoltre sempre più accredi- tato il fatto che l’attività cerebrale operi in maniera parallela e distribuita, auto-regolandosi su vari livelli di integrazione funzionale. Raramente però, i fondamenti di questi assunti vengono approfon- diti. Spiegazioni chiuse ed auto-sufficienti non possono rendere conto della complessità dei processi co- gnitivi; allo stesso tempo però, l’analisi multi-fattoriale non è di per sé un approccio adeguato a chiarire alcune questioni legate all’emergenza delle funzioni mentali dall’interrelazione di molteplici elementi. Nel campo delle neuroscienze, l'introduzione di teorie, concetti e strumenti tipici della fisica dei sistemi complessi si sta dimostrando una promessa stimolante per le ricerche a venire sul rapporto tra psiche, cervello e corpo, sia dal punto di vista clinico che neuro-fenomenologico, per- ché permettono di spiegare come le relazioni neuronali si auto-organizzano, e perché. Purtroppo, ad oggi sembra che queste potenzialità siano più note a pochi biologi, fisici e ingegneri, che ai neu- roscienziati. La variabilità intrinseca dell’attività nervosa, erroneamente considerata “rumore”, evidenzia come, nella dinamicità dell’organismo, ciò che conta è mantenere uno stato di complementarità: eccita- zione ed inibizione, novità e costanza, libertà e determinazione, caos e ordine, conservazione e dis- sipazione energetica, specializzazione ed olismo non si escludono a vicenda, ma agiscono in equili- brio. Le teorie del caos e della complessità fanno luce su processi cerebrali transienti ed ambigui, ma non per questo poco significativi. Nell’interazione col mondo e le sue rappresentazioni, sistema nervoso alterna i propri stati tra estremi di segregazione caotica e integrazione dinamica, ed è il bilanciamento di queste tendenze ad assicurarne la massima operatività, flessibilità e resilienza, nonché il grado di salute. La presente tesi intende fornire agli psicologi una panoramica breve ma eterogenea sui principi fisici, statistici e fenomenologici delle dinamiche neurali, al fine di illustrare come il sistema-cervello, operando sulla base di connessioni labili e distribuite omogeneamente nel tessuto dendritico, manifesti spontanea- mente fenomeni ordinati. Ogni neurone agisce su una miriade di sinapsi, che ricopre una parte infinitesimale delle macro- strutture cerebrali, eppure la combinazione di queste attività erratiche facilita delle condizioni criti- che con proprietà frattali; è questo il requisito fondamentale per la rapida insorgenza di stati coe- renti. Nella fisica della materia condensata come in neurologia, i fenomeni che descrivono l'emergenza spontanea di strutture dal disordine sono transizioni di fase; nello specifico, transizioni di fase di secondo ordine, analizzabili attraverso la nozione di attrattore. La comprensione di tali fenomeni, fondamentali in quasi tutte le operazioni neocorticali, richiede di introdurre questi ed altri strumenti concettuali e statistici che nel contesto delle scienze della mente sono ancora sporadici. Esplorare le possibilità offerte da questi approcci può stimolare molti progetti di ricerca futuri, non- ché un florido scambio interdisciplinare, dal quale saperi eterogenei possono trarre