Riassunto esame Management della complessità, Prof. Simoncini Dario, libro consigliato Formicai, Imperi, Cervelli, Alberto Gandolfi

Formicai, imperi, cervelli

Introduzione alla scienza della complessità. Libro scritto da Alberto Gandolfi (svizzero), ha studiato biologia e biotecnologia al politecnico di Zurigo, e poi dottorato in gestione aziendale. Attualmente lavora nel campo di consulenza aziendale presso la PricewaterhouseCoopers di Zurigo (network multinazionale che fornisce servizi di consulenza e di direzione strategica, legale e fiscale).

Introduzione

Tutto (o quasi) ciò che ci circonda è complesso, viviamo nella complessità e neanche ce ne rendiamo conto. La complessità la troviamo nell’ambito di lavoro, nel clima ma anche in noi stessi, perché siamo sistemi complessi, come lo sono i nostri organi, le nostre cellule, ma soprattutto abbiamo il sistema più complesso e meraviglioso che si conosca: il cervello umano.

La nostra ignoranza sul fenomeno della complessità è abissale poiché solo ultimamente, grazie all’avvento dell’elaborazione elettronica dei dati, è stato possibile approfondire questa nuova area scientifica (cioè la scienza della complessità). Come in ogni nuova area scientifica ci sono diversi flussi culturali: diversi autori, soprattutto statunitensi hanno ripercorso in diverse opere questa scienza interdisciplinare. Fra tutte il saggio di James Gleick “Caos”: Gleick tratta le tappe della scoperta del caos e della sua affermazione come fenomeno scientifico di primaria importanza, dopo secoli in cui era considerato quasi un’anomalia dei sistemi complessi.

Il concetto di caos conquistò migliaia di scienziati e di laici, inoltre qualcuno suggerì anche che la Natura fosse fondamentalmente caotica e che il caos regge il mondo. Il caos porta scompiglio nell’ordinatissimo mondo scientifico tradizionale e quei limiti di prevedibilità di un sistema diventano dei limiti teorici. La teoria del caos ci avverte che è teoricamente impossibile prevedere come si comporterà a lungo termine un sistema caotico; il caos è imprevedibile ma governato da leggi fisiche poiché il caos non ripete mai se stesso, ma è rivoluzionario, perché microscopiche fluttuazioni possono stravolgere un intero sistema. Ad oggi, però, l’importanza dei fenomeni caotici viene integrata con il nome di scienza della complessità.

Parte prima: anatomia di un sistema complesso

Che cos'è un sistema complesso?

Che cos’è un sistema? Il biologo ed ecologo tedesco Vester ce lo spiega con degli esempi. Un mucchio di sabbia è un sistema? No, perché è un insieme non organizzato di elementi (granelli) i quali non hanno nessuna interazione e inoltre si può togliere sabbia o scambiare parti del mucchio senza modificarne la natura. Un sistema forma un’entità organica, globale e organizzata e togliendone una parte ne modifichiamo la natura e le funzionalità; i sistemi sono ad esempio un fiore, un animale, una molecola, una macchina, una società, un cervello poiché sono formati da numerose parti differenziate e queste parti hanno una certa organizzazione interna, e questa interazione degli elementi fa sì che un sistema si comporti in modo diverso dalle sue parti.

Esiste una gerarchia sistemica che ritroviamo in moltissimi sistemi complessi: ad esempio la struttura gerarchica del corpo umano, formato da organi, che sono formati da cellule, le quali a loro volta sono formate da organelli, ecc. Un sistema complesso adattivo (SCA) è un sistema aperto, formato da numerosi elementi che interagiscono fra di loro in modo non lineare e che costituiscono una entità unica, organizzata e dinamica, che si adatta all’ambiente.

John Holland (scienziato del Santa Fe Institute, NY) dice che questi sistemi consistono in una rete di sottosistemi che si influenzano l’un l’altro continuamente; sono formati da numerosi agenti che agiscono insieme e i comportamenti emergono dalle interazioni stesse. Quindi, un fenomeno fondamentale di adattamento di questi sistemi è che essi si riorganizzano continuamente mentre imparano. Un sistema aperto, invece, è in comunicazione con il suo ambiente attraverso dei flussi che possono essere materiali, energetici o d’informazioni.

Output e input nei sistemi complessi

Il sistema riceve degli input, li elabora e alla fine ha degli output. È bene notare che non esistono sistemi chiusi in Natura poiché un sistema chiuso è un sistema isolato dall’ambiente che lo circonda senza input né output, destinato a morire. In un sistema complesso l’ambiente deve nutrire il sistema con energia: consideriamo la Terra, se improvvisamente il flusso di energia solare verso il nostro pianeta cessasse, la vita sulla Terra si spegnerebbe nell’arco di qualche decennio e questa morte termica è illustrata dalla seconda legge della termodinamica (all’interno di un sistema chiuso il disordine dei suoi elementi tenderà sempre ad aumentare fino al raggiungimento dell’equilibrio termico). La scienza per misurare il disordine termico si affida all’entropia.

Anche il nostro cervello è un sistema complesso, perché riceve stimoli dal mondo esterno (input), li elabora e produce pensieri, emozioni (output). Un caso di sistema chiuso è l’Albania Marxista nei 40 anni che hanno seguito la Seconda guerra mondiale: dittatura ottusa che ha imposto ad un’intera nazione a pochi km dalle spiagge italiane una chiusura quasi totale in ogni settore, e questo degrado globale provoca un aumento dell’entropia del sistema.

Il sistema complesso non è lineare ed è capace di evolvere e adattarsi poiché sono organismi dinamici, capaci di sentire cosa succede nell’ambiente che li circonda, e di reagire in modo intelligente a questi stimoli. Il nostro cervello, ad esempio, cambia nel tempo, evolvendo continuamente durante lo sviluppo e la maturazione dell’individuo e questi cambiamenti derivano dall’educazione, dalla cultura, dalle esperienze dell’individuo.

Importante è anche l’osservatore, che osserva o analizza il sistema (esterno), poiché il suo ruolo è decisivo per il comportamento del sistema (esempio fisica quantistica). Non esiste una definizione standard di sistema complesso quindi per riconoscere tale sistema bisognerà trasformarsi in detectives e esaminare indizi e prove.

Sistema complesso non lineare e processi a rete

Per sistema complesso non lineare si intende che anche variando l’input, l’output può comportarsi in modo non regolare e non proporzionale alla variazione dell’input (output indipendente dall’input). In natura ci sono pochi fenomeni lineari, ad esempio il trasporto di calore, la densità di un liquido; la maggior parte dei fenomeni sono non lineari ad esempio: se si prende un rubinetto vecchio, la temperatura dell’acqua e il suo flusso non è proporzionale alla rotazione del rubinetto, poiché si può ruotare per un po' ma il flusso dell’acqua resta uguale, poi improvvisamente un leggero movimento fa aumentare il flusso. Quindi l’output del sistema (temperatura dell’acqua) è correlata in modo non lineare con l’input del sistema (rotazione del rubinetto).

Un sistema complesso oltre ad essere non lineare ha anche un’altra caratteristica: è organizzato su processi a rete e non su processi in linea. Non esiste una catena lineare ma una rete di processi, dove gli elementi sono collegati fra loro nel formare una rete: gli output di un processo vanno ad influenzarne altri due o tre, i processi hanno più di un’entrata e più di un’uscita; inoltre prodotti di un processo alla fine del sistema rientrano come input in processo iniziale. Questo fenomeno viene chiamato feedback, o meglio, retroazione. I sistemi complessi reali sono infatti costituiti da reti di una complessità immaginabile, con migliaia di interazioni che si intrecciano e si rafforzano a vicenda.

James Gleick, interpreta la non linearità proprio dal punto di vista dei feedback che creano situazioni autoreferenziali, dove ogni elemento del sistema dipende dagli altri elementi, così da essere impossibile definire un punto fisso da cui partire con calcoli. Ad esempio l’attrito: in assenza di esso, la quantità di energia che serve per accelerare un disco di hockey su ghiaccio è espressa un’equazione lineare semplice. La non linearità significa che l’azione di giocare un gioco comprende un modo di cambiare le regole, poiché non si può assegnare un’importanza costante all’attrito perché la sua grandezza dipende dalla velocità, la quale velocità dipende a sua volta dall’attrito.

Il problema dell’autoreferenzialità diventa critico nelle scienze cognitive, quando una mente (quella del ricercatore) deve studiare e capire la natura della mente stessa. In conclusione, il comportamento di un sistema complesso non si può prevedere, anche conoscendo in modo preciso gli input che il sistema riceve. L’imprevedibilità dei sistemi complessi si manifesta non solo nel tipo di reazioni che il sistema avrà a un determinato stimolo, ma anche nei momenti in cui queste reazioni appaiono; entra in gioco così il fattore tempo.

Nei sistemi complessi si manifestano contemporaneamente meccanismi a corto, medio e lungo termine; a un determinato input x che modifica oggi il sistema, si potranno avere molteplici effetti sugli output. Ci potrà essere una reazione immediata nei prossimi giorni, fra mesi si scopriranno altri effetti e fra due anni ci saranno altri ulteriori effetti, magari provocati da quell’input x.

Anche nella psicologia di tutti i giorni, ad esempio, se ci comportiamo scorrettamente con dei nostri amici, avremmo delle reazioni immediate, ma ci saranno anche reazioni a lungo termine poiché dopo anni, una decisione potrebbe essere ancora influenzata dal ricordo di quel comportamento. A volte un sistema reagisce con violenza a un input, mentre altre volte rimangono robusti senza scomporsi e poi all’improvviso scoppiano, e questi scoppi, prendono il nome di rivoluzioni, estinzioni, catastrofi naturali, divorzi, fallimenti economici, ecc.

Attraverso i sistemi complessi si potrebbe svelare la risposta al problema dell’ecosistema terrestre. L’ecosistema è un sistema complesso e robusto che da secoli resiste agli input provocati dall’uomo, ma fino a quando questo continuerà? I primi effetti avuti a breve termine sono stati l’aumento della temperatura media, aumento del CO e degrado sociale nelle aree del Terzo Mondo, estinzione di animali e vegetali. Nei prossimi anni, è probabile che si verificheranno gli effetti a medio termine ma il problema è che quando questi effetti ritardati si manifesteranno sarà già troppo tardi per evitarli.

Termostati e circoli viziosi: che cos'è un feedback?

Attraverso i feedback si formano dei cicli, perché gli output finali ritornano nella sequenza, influenzano così la loro stessa creazione (impossibile descrivere il sistema con equazioni differenziali lineari). Ci sono 2 tipi di feedback:

• Il feedback negativo (o l’angelo): l’output del processo D blocca il funzionamento del processo A, all’inizio della sequenza che porta al processo D; il processo D si auto inibisce perché produce un effetto negativo sulla sua stessa produzione. Se l’output D aumenta, aumenta anche l’effetto negativo sul processo A. Questo feedback viene anche chiamato angelo perché molti sistemi complessi mantengono la loro stabilità grazie a questo feedback. Nel nostro corpo, ad esempio, questa stabilità è chiamata omeostasi, quando il livello di zucchero nel sangue è mantenuto costante grazie alla produzione dell’ormone insulina, produzione regolata da un feedback negativo.
• Il feedback positivo (o il demone): chiamato anche ciclo di autocatalisi, perché ogni evento del ciclo stimola indirettamente o direttamente se stesso. L’output finale della sequenza va a stimolare un processo iniziale e questo fa aumentare la produzione dello stesso output finale e il processo iniziale viene ancor più stimolato creando un circolo vizioso che si auto rafforza. Questo circolo vizioso è chiamato anche circolo auto catalitico, perché si catalizza da solo e si auto rafforza senza nessun intervento esterno. Un feedback positivo può rafforzarsi verso l’alto ma anche verso il basso.

Esempio, i dischi musicali tradizionali sono stati sostituiti sul mercato dai CD con un meccanismo di feedback positivo ma verso il basso. Appena i clienti iniziarono ad acquistare i CD al posto dei dischi, l’offerta crebbe e così il feedback positivo per i CD era rivolto verso l’alto, mentre per i dischi ci fu una lenta morte commerciale. Questo feedback è chiamato anche demone perché ha il potere di travolgere sistemi e farli esplodere o distruggerli. Esempio di feedback positivo, è la diffusione della lingua inglese come lingua ufficiale a livello mondiale; questa diffusione è stata influenzata dalla colonizzazione degli Stati Uniti da parte di coloni di lingua inglese che hanno innescato questo circolo vizioso; il successo politico, commerciale, scientifico degli Stati Uniti ha diffuso la lingua inglese ed infatti è aumentata l’offerta di corsi, documenti scritti in questa lingua, ecc.

Altro esempio: una pista da ballo vuota (output) dove nessuno entra a ballare, e questo output rafforza sé stesso ed è un feedback positivo. Appena qualcuno entra in pista, altri lo seguono, più gente ci sarà in pista, più gente entrerà e c’è sempre feedback positivo fino al riempimento della pista. Quando la pista sarà piena allora si crea un feedback negativo perché più gente c’è in pista, meno ne entrerà e quindi il sistema si stabilizza.

Un modello più realistico di intreccio di feedback positivi e negativi è il sistema prede-predatori che non si stabilizza su un valore costante, ma comincia a oscillare, perché è controllato simultaneamente da due meccanismi. La popolazione si riproduce internamente con un feedback positivo; le due popolazioni si influenzano a vicenda attraverso un feedback negativo (+ volpi ci sono – conigli) e un feedback positivo (+ conigli ci sono + le volpi aumentano).

La struttura dei sistemi complessi: auto organizzazione e gerarchia

Il ruolo fondamentale di ogni organizzazione gerarchica è il controllo dio un sistema composto da numerosi elementi (soldati, operai, funzionari, le cellule di un organismo) interagenti che devono agire in modo coordinato e armonioso. Le caratteristiche di un’organizzazione gerarchica è che ogni volta che saliamo di un gradino, le possibilità creative e combinatorie aumentano esponenzialmente. Gli atomi che formano il nostro universo sono un centinaio, ma al livello superiore troviamo le molecole che sono infinite e via dicendo.

Hermann Haken (fisico tedesco fondatore della sinergetica) parla in questo contesto del principio di asservimento (o di subordinazione): gli elementi di un livello gerarchico inferiore, una volta organizzati in un sistema, vengono sottomessi al livello superiore, cioè al comportamento globale, e così si riduce la libertà teorica di cui godono gli elementi di un sistema. Basti pensare a un gruppo di persone, dove gli infiniti gradi di libertà nel comportamento degli individui del gruppo, vengono ridotti al comportamento emergente del gruppo stesso.

Edgar Morin, filosofo francese, dice che l’organizzazione impone dei vincoli che bloccano potenzialità nelle varie parti, ma nel contempo il tutto organizzato è qualcosa di più della somma delle parti, perché fa emergere qualità che senza una tale organizzazione non ci sarebbe. Non serve osservare il funzionamenti di tutti i livelli gerarchici, bisogna focalizzarsi sul livello che ci interessa e considerare i sotto sistemi dei black box, ovvero elementi di cui ci interessano solo gli input e gli output. Non sempre questa strategia è utile, perché si trascurano le dinamiche interne dei livelli inferiori, però bisogna fare così per mancanza di tempo e di attrezzature.

In medicina, ad esempio si trattano malattie di un organo anche non conoscendo nei dettagli le singole cellule, perché basta identificare le regole del gioco a livello gerarchico superiore, cioè di organi. Ovvio che conoscere le singole cellule porterebbe a sviluppare terapie più mirate ed efficaci. Quindi, altra caratteristica del sistema complesso è: le relazioni fra gli elementi diventano più importanti della natura degli elementi stessi.

Come dice Haken, un livello gerarchico superiore funziona ignorando selettivamente la dinamica interna dei suoi elementi, mentre diventa importante la nuova dinamica globale del sistema; in una società umana, per la dinamica globale del sistema, sono più importanti le relazioni fra gli individui che le caratteristiche dei singoli individui. L’auto organizzazione è strettamente legata alla struttura gerarchica dei sistemi, difatti il risultato dell’auto organizzazione è un nuovo livello gerarchico. Ad un determinato livello gerarchico ogni elemento di un sistema agisce spinto da regole relativamente autonome. Il suo mondo interno è tanto importante quanto le interazioni con gli altri elementi del sistema; il sistema diventa libero.

L’auto organizzazione avviene quando il sistema supera una soglia critica di complessità, improvvisamente nascono delle strutture che coinvolgono e organizzano in modo coordinato e armonico molti elementi del sistema. La scienza ancora non ha chiarito questo momento magico di evoluzione dei sistemi complessi: quindi l’auto organizzazione è definita come l’emergenza spontanea di strutture e comportamenti ordinati all’interno di un sistema.