S&F_scienzaefilosofia.itISSN2036_2927www.scienzaefilosofia.it

Eventualipropostedicollaborazione(corredatedaunbrevecurriculum)vannoinviate

viaemailallindirizzo:redazione@scienzaefilosofia.it

Limmagineincopertina,Medusa,operadelMaestroNizzodeCurtis

COMITATOSCIENTIFICO PAOLOAMODIO Docente di Filosofia Morale _ Universit degli Studi di Napoli

FedericoIIGUIDOBARBUJANI DocentediGenetica_UniversitdegliStudidiFerraraEDOARDOBONCINELLI DocentediBiologiaeGenetica_UniversitVitaSaluteSanRaffaele

diMilanoROSSELLABONITOOLIVA Docente di Filosofia Morale _ Universit degli Studi di Napoli

LOrientaleBARBARACONTINENZA Docente di Storia della scienza e delle tecniche _ Universit degli

StudidiRomaTorVergataORLANDOFRANCESCHELLI DocentediTeoriadellevoluzioneePolitica_UniversitdegliStudi

diRomaLaSapienzaELENAGAGLIASSO DocentediFilosofiaeScienzedelvivente_UniversitdegliStudidi

RomaLaSapienzaPIETROGRECO Giornalista scientifico e scrittore, Direttore del Master in

Comunicazione Scientifica della Scuola Internazionale Superiore diStudiAvanzati(SISSA)diTrieste

GIUSEPPELISSA Docente di Filosofia Morale _ Universit degli Studi di NapoliFedericoII

GIUSEPPEO.LONGO Docente di Teoria dellinformazione _ Universit degli Studi diTrieste

MAURIZIOMORI DocentediBioetica_UniversitdegliStudidiTorinoTELMOPIEVANI DocentediFilosofiadellaScienza_UniversitdegliStudidiMilano

BicoccaVALLORIRASINI Docente di Filosofia Morale _ Universit degli Studi di Modena e

ReggioEmiliaSTEFANORODOT Docente di Diritto Civile _ Universit degli Studi di Roma La

SapienzaSETTIMOTERMINI DocentediCibernetica_UniversitdegliStudidiPalermoNICLAVASSALLO DocentediFilosofiaTeoretica_UniversitdegliStudidiGenova

INTERNATIONALADVISORYBOARD DAVIDBANON ProfesseurauDpartementd'tudeshbraquesetjuives,Universitde

Strasbourg;Membredel'InstitutUniversitairedeFrance;Prof.invitaudpartmentdepensejuive,UniversithbraquedeJrusalem

EDWARDK.KAPLAN Kevy and Hortense Kaiserman Professor in the Humanities, BrandeisUniversity,Waltham,Massachusetts

NEILLEVY DeputyDirector(Research)oftheOxfordCentreforNeuroethics;Headof Neuroethics at the Florey Neuroscience Institutes, University ofMelbourne

ANNALISSA Wissenschaftliche Mitarbeiterin MartinLutherUniversitt HalleWittenberg

DIEGOLUCCI AssociateProfessorofHistoryandPhilosophy,AmericanUniversityinBulgaria

DAVIDEMAROCCO Lecturer in Cognitive Robotics and Intelligent Systems, Centre ofRobotics and Neural Systems, School of Computing and Mathematics,UniversityofPlymouth,UK

MAXSTADLER Professur fr Wissenschaftsforchung, Eidgenssische TechnischeHochschule,Zrich

REDAZIONEPAOLOAMODIO(DIRETTORE) Universit degli Studi di Napoli Federico II_ Facolt di Lettere e

Filosofia_DipartimentodiFilosofiaA.Aliotta_ViaPortadiMassa,180133Napolitel.+390812535582fax+390812535583email:paamodio@unina.it

CRISTIANFUSCHETTO UniversitdegliStudidiNapoli_FedericoIIFABIANAGAMBARDELLA UniversitdegliStudidiNapoli_FedericoIIGIANLUCAGIANNINI UniversitdegliStudidiNapoli_FedericoIIDELIOSALOTTOLO UniversitdegliStudidiNapoli_LOrientaleALESSANDRASCOTTI UniversitdegliStudidiNapoli_FedericoIIALDOTRUCCHIO UniversitdeGenve

1

INTRODUZIONE

Scienza&Filosofia2014_numeroundici.Onlineperscelta,inordine

al dinamismo e allimmediata disponibilit della ricezione,

adattandosivolentieriaitempieaglispazichelareteingenere

istituisce:vorrebbeessereagileefacilmentefruibileperchi

interessato a prender parte alle nostre discussioni. La sua

mission non pu dunque che essere diretta e senza scolastici

orpelli:

Preoccupatadiistituzionalizzarsicomedepositariadellacoscienzaeticadel

progressoscientifico,aquasitrentannidallasuanascitalabioeticasembra

essere a un bivio: rinnovare il suo statuto o rischiare di smarrire

definitivamentelasuamissiondidisciplinadiincrociotrasapereumanistico

esaperescientifico.nostraconvinzionechelabioeticapossacontinuarea

svolgereunruolosolose,piuttostochesalvaguardareprincipiassiologicidi

unarealtdata,siaintenzionataaripensarecriticamenteivaloriallaluce

deicambiamenti,epistemologiciprimaancoracheontologici,dettatidallet

dellatecnica.Ilnostroobiettivoquellodiindividuareedevidenziareil

potenzialedinnovazionefilosoficatracciatodallaricercascientificae,al

contempo,ilpotenzialedinnovazionescientificaprospettatodallariflessione

filosofica.

Daquestamissionlarivistatrovalarticolazionecheciparsa

pi efficace. Anche questo numero conterr perci le tipiche

sezioni:

DOSSIERIlveroepropriofocustematicosceltointornoalquale

andrannoaorbitare

STORIAEsposizioneericostruzionediquestionidistoriadella

scienzaedistoriadifilosofiadellascienzaconintenzione

sostanzialmentedivulgativa;

ANTROPOLOGIETemieincrocitrascienze,antropologiafilosofica

eantropologiaculturale;

ETICHERiflessionisutemidiattualitbioetica;

LINGUAGGIQuestionidiepistemologia;

2

ALTERAZIONIDallabiologiaevoluzionisticaallacibernetica,temi

nondirettamenteantropocentrati;

COMUNICAZIONE La comunicazione della scienza come problema

filosofico, non meramente storico o sociologico. In altri

termini: quanto la comunicazione della scienza ha trasformato

lascienzaelasuapercezione?;

ARTEIntersezionitrascienzeemondodellarte;

RECENSIONI&REPORTSLerecensionisaranno:tematiche,ciorelative

al dossier scelto e quindi comprensive di testi anche non

recentissimipurchattinentieimportanti;diattualit,cio

relativeatestirecenti.Reportsdiconvegniecongressi.

Perfavorirelafruibilittelematicadellarivista,icontributi

si aggireranno tra le 15.000 20.000 battute, tranne rare

eccezioni, e gli articoli saranno sempre divisi per paragrafi.

Anche le note saranno essenziali e limitate allindicazione dei

riferimenti della citazione e/o del riferimento bibliografico e

tenderanno a non contenere argomentazioni o ulteriori

approfondimenticriticirispettoaltesto.

A esclusione delle figure connesse e parti integranti di un

articolo,leimmaginicheaccompagnanoisingoliarticolisaranno

selezionate secondo il gusto (e il capriccio) della Redazione e

non pretenderanno, almeno nellintenzione per linconscio ci

stiamoattrezzandoalcunrinviodidascalico.

Last but not least, S&F_ parte del Portale SciCam (Percorsi

della scienza in Campania, www.scicam.it) in virt di una

condivisionedipercorsieprogetti.

Leimmaginidaperturaaisingoliarticolicopertedacopyright

http://mrillustrazioni.blogspot.it/ che appaiono in questo

3

numero,sonooperadellinfaticabileegenerosissimaamica_artista

Monica_Rab che, a questo punto, non solo merita la nostra

riconoscenzamalS&F_award.GrazieMonica!

UngraziedicuoreaMassimilianoFraldi,finescienziatoeuomo

colto,masoprattuttoamicosincero,cheharesopossibilequesto

numero.

Inrete,giugno2014

LaRedazionediS&F_

S&F_n.11_2014

INDICE

5

1 INTRODUZIONE5 INDICE

DOSSIER8 DiDiochevieneallIkea13 MASSIMILIANO FRALDI The mechanical beauty of hierarchically organized living

structures25 CRISTIANFUSCHETTOMeccanicavita.DaCalvinoallaroboticaevolutiva37 LUCIOPASTOREBARBARALOMBARDOUnderstandingbrainthroughdiseases43 PAOLOANTONIONETTIDecipheringthelanguagebetweenbiologicalandsynthetic

materials50 ALESSANDRA SCOTTI Lelogio del superficiale. Dal chiasma tattile a quello visivo,considerazionitraPortmanneMerleauPonty59ROSSELLABONITOOLIVAInterdisciplinarieteinnovazione72 LUCA LO SAPIO Dalla creazione alla programmazione. Il concetto di vita nelleradellabiologiasintetica

STORIA

84 ALDOTRUCCHIOJeanStarobinskielastoriadellamedicinaANTROPOLOGIE

103DIDIER ALESSIO CONTADINI Storia,natura ed evoluzionismo. Sulsenso etico della deantropologizzazione dellumanonelpensierodiS.J.Gould

ETICHE

123MARIANGELA CAPORALE Sui dirittidellinfanzia e la libert checomincia

LINGUAGGI

145MARIA TERESA SPERANZA Alcuneconsiderazioni sulla criticacontemporanea al cogitocartesiano

ALTERAZIONI

160VIOLA CAROFALO La gamba diTamerlano. Contestualizzazionedel sintomo e prospettivametaculturalenelletnopsichiatria di GeorgesDevereux

COMUNICAZIONE

178LUCIADONSIlconcettodicausalitinPsicologiaARTE

190FABIANAGAMBARDELLALemetamorfosidispazioetemposullamontagnaincantata

RECENSIONI&REPORTSreport

201Ilcorpodell'arte.Nancyilluminal'AccademiaIncontridiFilosofiaeArtiacuradiDanielaCalabr,AdrianadeManeseDarioGiuglianoJeanLucNancyMercoled28maggio2014AulaMagnaAccademiadiBelleArtidiNapoli(CRISTIANFUSCHETTO)

6

recensioni

205Gilbert Simondon, Lindividuazione alla luce delle nozioni di forma edinformazione,Mimesis,Milano2011(DELIOSALOTTOLO)

211Bruno Accarino, Zoologia politica. Favole, mostri e macchine, Mimesis,

Milano2013 (ALESSIOCAZZANIGA)

216Gilberto Corbellini Elisabetta Sirgiovanni, Tutta colpa del cervello:

unintroduzioneallaneuroetica,Mondadori,Milano2013(LUCALOSAPIO)

222Arturo Martone, Mettere (in) bocca. Sei studi semiolinguistici, Edizioni

ETS,Pisa2013(ANNABALDINI)

229BarbaraContinenza,ElenaGagliassoeFabioSterpetti(acuradi),ConfiniAperti.Ilrapportoesterno/internoinbiologia,FrancoAngeli,Milano2013(DAVIDCECCARELLI)

236HugoTristramEngelhardtjr.,DopoDio.Moraleebioeticainunmondolaico,Claudiana,Torino2014(LUCALOSAPIO)

RABA_

243S&F_n.11_2014

S&F_n.11_2014

DOSSIER

8

DiDiochevieneallIkea

ABSTRACT:Thepossibilitiesofferedbythelastgenerationofscanningandtransmissionelectronmicroscopesallowtospyontheinnerstructureofbiologicaltissuesandtoobservebioarchitectureswhichmultiplyovercomingclassicalcategoriestheconventionalstandardsoforderandsymmetry,revealinghierarchicallyorganizedmicroandnanostructures.Thesenewparadigmsformthebasisforcreatingeffectivephysicalmathematicalmodels,leadingtosimulate(andpredict)thedestinyofbiologicalorganismsandelementarylivingsystems.ThewholeworldofResearchis

thereforeforcedtoanupdated(biensr),moreauthentic(maybe),necessary(?),interdisciplinary(wasistdas?)commonthinkingover?WhatsthebuzzaboutBeauty?

La complessit morfologica che gran parte delle strutture

biologiche esibisce alla scala macroscopica consegna anche

allimmaginariocollettivounideadiformaorganicaassociata

Cfr. C_F, Postilla orale a E. Lvinas, Di Dio che viene allidea,ex_temporanea,2010ca.

9

allassenza di ordine e di simmetrie, esaltata dalla

contrapposizioneconilrigoregeometricostabilitoperleforme

inorganichedaimodellidistrutturaatomicadellamateriaedalla

cristallografia.

Lapparentemente non (de)codificabile complessit geometrica e

funzionaledeisistemibiologicidivienecosilparadigmasucui

si costruisce e legittima la necessit di una confortante e

consolatoriaseparazionetrarazionaleemetafisicochestrappala

trama che intreccia indissolubilmente ricerca scientifica e

riflessionefilosoficaesottraealterrenocomune,esiliandolo,

iltemadelladefinizionedicosasiaviventeediqualisianoi

modi per riconoscere la vita a partire dalle sue forme e

dinamichepielementari.

La possibilit offerta dalle ultime generazioni di microscopi a

scansione e trasmissione elettronica consente di spiare la

struttura intima di cellule e tessuti biologici e di osservare

bioarchitetturechemoltiplicano,estendendolioltrelecategorie

classiche, i canoni convenzionali di ordine e simmetria,

declinandoli in forme micro e nanostrutturate organizzate

gerarchicamente.Taleritrovatorigoregeometricohapermessodi

concepire modelli fisicomatematici in grado non soltanto di

simulare e dunque potenzialmente modificare una struttura

biologica data, ma di predire con quegli stessi modelli il

destinodiorganismiesistemiviventielementari.

IlmondodellaRicercatuttoperciobbligatoaunarinnovata

(bien sr), pi autentica (forse), necessaria (?),

interdisciplinare(wasistdas?)riflessionecomune?

Insomma,cheluomoeilpensierocoincidanooancoracheluomo

abbia lesclusiva di qualcosa e possa schierare la migliore e

imbattibileformazionenelgiocodelmondounto dalSignore o

dallEssere il solito vecchio pregiudizio umanistico. Come

tutti i viventi, Darwin lo ha urlato, noi siamo fabbricati dal

tempoedallospazio(edalcaso).ENietzsche,nonperbrutalit

10

mapertensionegenealogica,avevaconsideratoluomoallastessa

stregua di quelli che oggi sono i prodotti della robotica

evolutiva: i robot (e gli uomini) si allevano ed evolvono, le

condizionicheproduconolintelligenzasonomateriali,sitratta

di esigenze di adattamento e non di contrassegni celesti (e la

moraleunantropotecnicadalmidollosociale).

Lapresuntaprofonditumanadicontroallasuperficialito

povert o stordimento degli altri viventi o delle pietre

forseuninvenzionereligiosa(direligiositfilosoficachemira

allaredenzionedalmondo):sePortmanncihainsegnatocheogni

animale un NarcisoDon Giovanni in continua esibizione e

seduzione,Valrycihaanchericordatochecichevidipi

profondo,nelluomo,lapelle.

Seguardiamoaglisviluppidellabiologiasintetica,poi,nonsi

trattanemmenopidipensaredicreare(oricreare)lavita:si

tratta piuttosto di progettare sistemi biologici atti a

funzionare. La vita, in definitiva, non pu essere considerata

comequalcosadaltrodallamateria,emenochemaisostanza,o

unasortadisostanza:avolerlaperforzadefinire,siavvicina

dipiaunadeterminazione,nelsensodiuninsiemecoordinato

dallesuefunzioni.

Allafine,ledicotomieciingannano.Eforsesiamo,entusiastio

disillusi,tratondiecorsivi(eilnostroabusatounderscore):

Cosa_Sache

Materia_Wesen

Bios_Techne(duecorsivifannountondo)

Physis_Protesi

Enhancement_resextensa(duecorsivifannountondo?)

Cura_Gelassenheit

Lichtung_antropotecniche

SelfSimilarity_Thaumazein(duecorsivifannoancorauntondo?)

Geschick_biopsia

Identit_differenza(duetondifarannomaiuncorsivo?)

11

Biomeccaniche_logocarrozzerie(giammaitondiecorsivifuronopi

disponibili)

Microscopi_teleologie(equiilgiocotratondoecorsivosifa

duro)

Nanometro_trascendenza (due tondi fanno mezzo corsivo o uno e

mezzo?)

Iperboli_Mythos

Creazione_autopoiesi

Creativit_patterns

Dio_Ikea

Riflessione_pitstop

Aesthesis_chirurgia

Mthema_magia

Altheia_dissimulazione

Kybernetes_Spirito

Redenzione_checkup

Equazione_ibridazione

VerumFactum_alchimia.

Underscores, tondi e corsivi come confini aperti: grafemi e

graficicherinvianoainaspettatebellezze,nonpinascosteoda

svelare tra il dire, losservare e il sublimare, piuttosto

intercorrenti.

Labellezzasentoilbrusopufarsiintercorrenza.

Io, apparato percettivo, tuttal pi dotato di intuizioni

strutturaliediistintiprospettici.

Voglio fotografare controluce sulla luna e adombrarmi per ombre

impossibili.

12

Ogni rivoluzionescientificaunafratturaestetica.JamesMcAllisterLeequazionisonobellissime.

ImatematiciLa vera bellezzaunadeliberata,parziale,rotturadisimmetria.

ProverbiozenVersa, cecropioboccale,di Bacco illimpidoumore,la simbolicalibagioneirroratasia.TacciaZenone,ilcignosapiente;tacciadiCleantelaMusa:ladolceamarezzadi Eros solo acuoremista.

Posidippo

P.A.

S&F_n.11_2014

13

MASSIMILIANOFRALDI

THEMECHANICALBEAUTYOFHIERARCHICALLYORGANIZEDLIVINGSTRUCTURES

1.Introduction2.Fromdesigningofantiseismicmacrostructurestothetuningofmicroearthquakestoselective

destroytumorcells:oncologymeetsengineering3.Fuzzyboundariesbetweenlivingandnonlivingworldsdelineatedbythephasetransition

paradigmincells:aphilosophicchallenge?4.Competitionandcooperationinbiomechanics:engineeringmeetsbehavioralsciences

5.ConclusionsABSTRACT:Bytravelingthroughtheinnerstructureofbiologicaltissues,forinstancebymeansofascanningoratransmissionelectronmicroscope,unexpectedlyexactgeometriesandsymmetriesintheform ofperfectlattices,honeycombnetworks,helicalmacromoleculesand polyhedralshapesresulting fromminimalsurfaces canbe observed.Furthermore,by exploringcells andtissues atmeso, microand nanoscalelevels, onediscovers thatselfsimilarity andhierarchyreplicate thatgeometricalorder andsurprisinglycharacterizeall thebiologicalarchitectures,inthiswaydefactogoverning thekeybiomechanicalfunctions andbiochemicalsignalingatthebasisofthelife.

DOSSIERMassimilianoFraldi,Themechanicalbeauty

14

Wemust,incidentally,makeitclearfromthebeginningthatifathingisnotascience,itisnotnecessarilybad.Forexample,loveisnotascience.So,ifsomethingissaidnotto beascience,itdoesnotmeanthatthereissomethingwrongwithit;itjustmeansthatitisnotascience.

RichardP.Feynman,LecturesonPhysics

Theobjectiveofscienceafterallisnottoaddlayersofinterpretational complexity with each discovery, but tocollapse layers of apparent complexity into a few simplegoverningprinciples;parsimonyshouldprevail.

GeraldH.Pollack,Cells,GelsandtheEnginesofLife

1.Introduction

By traveling through the inner structure of biological tissues,

for instance by means of a scanning or a transmission electron

microscope, unexpectedly exact geometries and symmetries in the

form of perfect lattices, honeycomb networks, helical

macromolecules and polyhedral shapes resulting from minimal

surfaces can be observed. Furthermore, by exploring cells and

tissuesatmeso,microandnanoscalelevels,onediscoversthat

selfsimilarityandhierarchyreplicatethatgeometricalorderand

surprisingly characterize all the biological architectures, in

this way de facto governing the key biomechanical functions and

biochemical signaling at the basis of the life. The apparent

extreme shape minimalism that nature exhibits when analyzed at

submacroscopiclevelisthereforedeceptiveandthrillingatthe

same time: the geometrical neatness is indeed often

counterbalancedbyextremelycomplexfunctionalrelationshipsand

multiphysicalinteractionsoccurringoverdifferentspatialand

timescaleswhichforcewhotriestointerpretthedynamicsof

biological systems through mathematical models to somewhat

reconsidermattersthathe/shepreviouslydeemedfoundationsand

then to respond to new fundamental questions raised by

counterintuitive events and seeming paradoxes, trouncing the

cultural barriers that traditionally separate the disciplines

andoftenobscurethebeauty.

Inwhatfollows,Icollectsomeconsiderationsthemostpartof

which are explicitly referred to recent results and current

S&F_n.11_2014

15

studiesImworkingonwhosecommondenominatorresidesinthe

factthattherelatedthemes(andrelatedopenissues),somehow,

donotinhabitonethereassuringhousesbuiltupwiththickwalls

bytheseveraldisciplinaryareas,butmostlikelycanbe found

wanderinginthegardensofthosehousesorskippingfences.

2.Fromdesigningofantiseismicmacrostructurestothetuning

of microearthquakes to selective destroy tumor cells: oncology

meetsengineering1

An Earthquake is an event sometimes catastrophic and often

unforeseeableduetoasuddenreleaseofenergyintheEarths

crust that produces seismic waves: at the Earths surface it

manifests itself by shaking, fracture and displacement of the

ground, and sometimes can accompany (or may trigger) landslides

andvolcanicactivities.Atthemacroscopicscalethescaleat

whichweareallfamiliarwithearthquakesthetaskforcivil

engineersistodesignantiseismicstructuresandsystemsableto

dissipate energy for protecting existing buildings and make

constructionsresistanttoseismicattacks.

At the microscopic scale, say the scale of human cells, the

cytoskeleton(CSK)acomplexnetworkofhierarchicallyorganized

polymers involving actin filaments, microtubules and a group of

accessorypolymerscollectivelyknownasintermediatefilaments

constitutes the bearing structure of the cell. Contractile

microfilamentsinfactgenerateanddistributetensiontoallcell

CSK filament systems, locally resisting compression when either

crosslinkedwithinlargebundlesorcontractedtotheirshortest

length. Microtubules also resist compression in cells, possibly

because they are stabilized against buckling by lateral

interconnections with prestressed stiffened intermediate

filaments.TheCSKnetworkconferstothecelltheskilltoresist

1See:S.P.Careyetal.,Mechanobiologyoftumorinvasion:Engineeringmeetsoncology,inCrit.Rev.Oncol.Hematol.,83,2,2012,pp.170183.

DOSSIERMassimilianoFraldi,Themechanicalbeauty

16

deformation and its architecture, determined from selfassembly

disassembling mechanisms dynamically regulated by the

polymerization and depolymerization processes of actin filaments

and microtubules continuously changing to find new optimal

equilibrium configurations, controls the physical properties of

thewholecell,mediatingthelinkageofthecellwiththeoutside

environment and modulating the process of recognition and

conversion in chemical activities of mechanical stimuli

(mechanotransduction).Inthisway,thecellCSKstructuregoverns

short and long timescale changes in cellular behavior,

reorganizingthenetworkinresponsetoexternallyappliedforces,

arranging and maintaining the integrity of intracellular

compartments and in turn generating directed forces that guide

cellshapechangesnecessarytocarryoutspecificfunctions,such

ascrawling,spreading,division,contraction,migration,adhesion

andinvasion.

Fromthetheoreticalpointofview,thetensegrityparadigman

original idea by Donald Ingber that interprets CSK as an

engineering pretensioned microstructure has demonstrated to

provideaplausibleexplanationforsomeCSKstiffeningresponses,

also allowing to understand how a local stress, induced by

ligation of a subset of CSKassociated membrane receptors, can

resultinglobalmodulation(immobilization)ofreceptorsoverthe

entire cell surface through the balancing of forces in cell

structuralelementscharacterizedbyalevelofisometrictension,

or prestress, that guarantees the overall cellshape stability

andlongdistanceforcetransfer.

If as in deep documented by S. C Cowin in his fundamental

textbookTissueMechanics2thecellCSKisastructureandforce

transmitting mechanisms play a crucial role in the biochemical

regulationofcellactivities,whataboutcellresponsetodynamic

excitations? Is it possible to exploit structural engineering

2S.C.Cowin,S.B.Doty,TissueMechanics,Springer,2007.

S&F_n.11_2014

17

weaponstodesignnewmechanicallybasedstrategiesandapproaches

for stimulating/manipulating cells? It has been experimentally

established, for example, that mechanical stress inhibits tumor

growth,butoverwhelmingobstaclestothetherapeutictranslation

inmedicineoftheselaboratoryresultsarisewhenmovingfromin

vitro to invivo, because the same inhibition stress level

generallykills(oraffects)thenormaltissuestoo,andselective

loadsaredifficulttoapply!

Very recently, however, experiments have demonstrated that CSK

mechanical properties of cells could be potentially relevant to

discriminate among cancer and healthy cells, highlighting the

possibilityofmeasuringindependentlyfromthecelllinesa

significantdifferenceinelasticstiffnessbetweenmetastaticand

normalcells,theformerbeingabout70%softerthanthelatter.

Inprincipleasinthecaseinwhichtheseismicwavesinvesta

town and selectively make collapsing the sole buildings whose

oscillation frequencies match the earthquake ones (a phenomenon

knownasmechanicalresonance)differencesinhealthyandtumor

cellstiffnesscouldbeexploitedtodesignmicroearthquakes,for

example tuning ultrasounds in frequency and magnitude to

selectively destroy cancer cells. Literature already have shown

thatstemcellscanbeinducedtorenewthemselvesthroughmitotic

division and differentiating into a specialized cell type, if

stimulated in an opportune way. A signal of the potential for

tumortherapyandothermedicalapplicationsofamechanicalbased

stimulation can be also traced in very recent works, where the

effects of ultrasounds treatment on adult resident cardiac

primitive cells have been examined demonstrating the positive

influence on both the proliferation and the differentiation of

cardiomyocytes,smoothmuscleandendothelialcellsprecursors.

Thisisagroundonwhichallthesciencesarecalledtopavethe

wayandbreakdownthebarriers.

DOSSIERMassimilianoFraldi,Themechanicalbeauty

18

3. Fuzzy boundaries between living and nonliving worlds

delineated by the phasetransition paradigm in cells: a

philosophicchallenge?

Anadditionalinterestingperspectivehasbeenrecentlyfurnished

by Gerald H. Pollack, professor of bioengineering at the

University of Washington in Seattle and leader in the field of

musclecontractionandmotility,byexploringthepossibilitythat

thegellikenatureofthecellcytoplasmgelbeingamatrixof

polymerstowhichwaterandionsclingandtherelatedphase

transition phenomena could explain the most part of the cell

functions,saymaterialtransport,motility,division,secretion,

communication,contractionandothercellactivities,inthisway

suggesting an intriguing interpretation of the confines between

living and nonliving structures which would ask for a

philosophicalthought.Actually,byexploitingthePollackwords,

therelevanceofphasetransitionforthecellisnotdifficultto

envision,contraction arising out of shrinkage, motility arising out of shapechange,transportarisingoutofsoluteseparation,actionpotentialsarisingoutofpermeabilitychange,etc.

Of the phasetransition interpretational paradigm, the most

attractivefeatureisconstitutedbytheprodigiousresponsethatcanbeelicitedbysubtleenvironmentalshiftsuchaslightchangeoftemperatureorpH,

suchamplificationbeingenhancedfurtherinbiologicalstructures

asaconsequenceofthehighandsometimesunexpecteddegree

of order and symmetry commonly exhibited by them. Whereas

synthetic gels are in fact typically built of tangled polymers

withrelativelymodestorder,cellular organelles such as the ciliary axoneme and muscle sarcomereexhibit extraordinary supramolecular order, with Xray diffractionpatternsshowingregularitydowntoabout1nanometer.Withstructuralregularity, the triggering threshold should be the same everywhere,andtheresponseshouldthereforebedecisiveandrapid.

Byfollowingthislineofexperimentallycomfortedreasoning,

symmetryandordersurprisinglyseemtorisetothefundamentals

S&F_n.11_2014

19

of the life machine, somehow in contrast with the intuitive

collective imagination, which associates organic and living to

geometricallymuddled.Actually,thephasetransitionmodelcanbe

utilizedtoalsoexplaindynamicsofcellsthroughthesocalled

transition cooperativity concept, which moves from the above

described high sensitivity of ordered microstructures to slight

changes or gradients of signals and stimuli. Cooperativity

generallyarisesoutofcompetitionbetweentwoormoreforces,in

thecaseofpolymerstrandsthecompetingforcesarisingfromthe

polymers attraction to water and to polymer. Cooperative

propagationmimics(oris?)alivingbehaviorandinpolymersmay

beobservedorrealizedbyexploitingthemechanismbasedon

theAssociationInductionhypothesis:in a carbon chain such as that of a protein or polymer, localstructural change produces an electroncloud shift, which induces asimilar cloud shift and structural change in the next region [...]thus,thetransitionpropagatesalongthepolymer[...]analogouslytowhathappenswhenamagnetisbroughtnearanarrayofnailslooselystrung to one another with bits of string [...]. The first nail ismagnetized,whichmagnetizesthesecond,etc.,untilmanyorallnailsarerecruitedintothenewconfiguration.Insuchawaythestructuralchangepropagates.

These cooperative mechanisms and the underlying phasetransition

hypothesis thus forces us to rethink the definition of life,

cellularprocessesandcellsthemselvesoperatingandliving

byobeyingthesamephysicalandchemicalprinciplesthatgovern

ordinarynonbiologicalsystems.

AsdefiantlypostulatedbyPollack,[...]presupposingsimilarprinciplesoperatingoneithersideoftheboundaryprovidesanappropriatelyseamlesstransitionbetweenlivingandnonliving[...]thenotionofcontinuityacrossthelivingnonliving boundary seems logical because the boundary is fuzzy. Is theseedliving?Whataboutthevirus?

butonemightaddthequestion:whataboutlife,anddeath!?

4.Competitionandcooperationinbiomechanics:engineeringmeets

behavioralsciences

Modeling living tissues implies a significant effort to gain

insightsintothebasicunderstandingofthedynamicswhichcells,

DOSSIERMassimilianoFraldi,Themechanicalbeauty

20

tissuesandorgansobey.Thisinturnforcestothinkhowtocatch

the essential mechanisms governing growth, remodeling and

morphogenesisatthedifferentscalelevels,openmindednessbeing

thefundamentalweaponandthepreconditionforthisexploration.

Asaresultofgrowinginterestofthebiomedicalresearchwith

respectthenewscenariosrecentlyopenedinthefieldoftherapy

anddiagnosisofhumandiseasesbythedesigningofdrugdelivery

systemsaswellasbytheapplicationsoftissueengineeringand

biomaterials, the mechanical properties and the underlying

hierarchical organization of living tissues represent to date

issuesofprimaryinterestinbiomechanics,cancerrelatedtopics

beingobviouslyatthecenteroftheinterest.

Cancercanbeviewedasadiseaseinvolvingirreversiblegenomic

alterations affecting intrinsic cellular cycles. These genomic

alterations act in combination with the modification of the

environmental conditions defined by immune response, matrix

metabolismandstiffness,mechanicalandbiochemicalgradients.

Withtheaimofpredictingcancerfate,thegrowthofsolidtumors

can be treated physically as a mechanical process according to

whichaheterogeneoustissueexpandswithinasurroundingmedium.

Tumorexpansioniscontrolledbysomeinternaldrivingstresses,

whicharecounterbalancedbymechanicalresistanceprovidedbythe

surroundingenvironment.Internalstressesaremostlygeneratedby

cellsproliferationdynamics,whichisinfluencedbythediffusion

of nutrients within the tumor. This implies that the physical

forces pushing the tumor ahead do not involve the sole surface

tensionandthepressureofthesurroundingmedium,butalsothe

explicit active cellular forces deputy in the momentum balance

that,inturn,retrospectivelyactivatemechanosensitivecellular

processes.

With the aim to gain some new insights into the basic

understandingofthecomplexmachineofthehosttumorinteraction

ingrowingsolidtumors,heterogeneousporoelasticmodelsoftumor

S&F_n.11_2014

21

spheroids can be helpfully constructed taking into account the

mechanicallyactivatedstressfields,fluidpressureandnutrient

walkwayallcoupledwithspatiallyinhomogeneousandtimevarying

bulkgrowth.

Actually, the growth is a result of competitivecooperative

dynamics occurring at the microscopic scale level among healthy

cells, cancer cells and extracellular matrix (ECM) and in

principle should not be assumed apriori. Nevertheless, these

dynamics are generally neglected in engineering models, as a

consequence of both the difficulty of mathematically describing

them with sufficient accuracy and the problems arising from the

couplingofcompetitionequationswiththemechanicalones.

To try to overcome these limits limits which significantly

reduce the aptitude of the mathematical models to predict the

destiny of tumor masses the idea we are working on at the

University of Napoli is to macroscopically model the dynamics

occurringatmicroscopicscalesbyintroducingadhocnonlinear

Lotka/Volterralike equations, extensively utilized to describe

ecological systems as well as several population dynamics which

involve psychological and collective behaviors of social

communities.

The basic idea is that cancer and healthy cell species do not

competedirectly,asitwouldhappeninasocalledpurepredator

prey logic, but fight to contend the common resources occupying

thesharedenvironment.Thecommonresourcesarethusconstituted

by the available fluid content supposed to be saturated of

nutrients,theenvironmentbeingsimplyrepresentedbythespace

that cells can inhabit at a certain time during growth and

proliferation processes. The introduction of this transitive

effect,thatpermeatesthroughthesystemandenrichespreviously

proposed poroelastic models, seems to well mimics the actual

competition among cell species, by also reproducing the

experimentallyobservedcoupleddynamicsinwhichthepresenceof

DOSSIERMassimilianoFraldi,Themechanicalbeauty

22

onespeciestendstosomehowlimitthedevelopmentoftheother.

Thismutualinhibitioninturnmodifiestheintrinsicgrowthrates

of the cell populations and leads to spatially inhomogeneous

elasticandresidualstressesaswellasnonuniforminterstitial

fluidpressuredistributionswithinthetumorspheroid.

Althoughsomefeaturesdependingonthedirectcompetitionbetween

cancerandhealthycells(suchastheantioncogenicpotentialsof

some immune cells or the aggressiveness of premalignant cells

whichbecomemalignantasaresultofmutationprocesses)remains

todatestillpartiallyexcluded,thechoiceofcouplingmechanics

with collective (social) behavioral schemes for cells seems to

limpidlyelucidatesomekeyaspectsatthebasisofthedynamics

of tumors, suggesting that as stated by Pollack parsimony

prevailswhenlayers of apparent complexity collapse into a few simply governingprinciples3.

5.Conclusions

InLecturesonPhysicsanundisputedmilestoneinthefield

RichardFeynman,oneofthegreatestphysicistsofalltimeknown

tohavereceivedtheNobelPrizein1965forhiscontributionsto

the theory of quantum electrodynamics, devoted a chapter of the

book to the relation of physics to other disciplines. In those

pagesheoriginallyandsomehowlightlyfacedseveralthemes

and opened up on multidisciplinary horizons, by envisaging

possiblechallengesinexploringmemorizingmechanismsandnervous

system brain cells and functions from both chemophysical and

psychologystandpoints,byadditionallydiscussingattheendthe

historicalquestion(socalled,hesaid,forlackofabetter

term), a paradigm for highlighting an intrinsic difference

betweenbiology(andperhapsotherhumansciences)interestedin

3G.H.Pollack,Cells,GelsandEnginesofLife,EbnerandSonsPublishers,Seattle2001.

S&F_n.11_2014

23

the theory of evolution and physics, that does not have

questionsaboutitslawslikehowdidtheygetthatway?.

Attheend,heconcludedwithaphrasedestinedtobefamous:Apoetoncesaid,Thewholeuniverseisinaglassofwine.Wewillprobablyneverknowinwhatsensehemeantit[...].Butitistruethatifwelookataglassofwinecloselyenoughweseetheentireuniverse.Therearethethingsofphysics:thetwistingliquidwhichevaporates depending on the wind and weather, the reflection in theglass;andourimaginationaddsatoms.Theglassisadistillationofthe earths rocks, and in its composition we see the secrets of theuniverses age, and the evolution of stars. What strange array ofchemicals are in the wine? How did they come to be? There are theferments,theenzymes,thesubstrates,andtheproducts.Thereinwineisfoundthegreatgeneralization;alllifeisfermentation.[...]Ifoursmallminds,forsomeconvenience,dividethisglassofwine,thisuniverse, into parts physics, biology, geology, astronomy,psychology,andsoonrememberthatnaturedoesnotknowit!Soletusputitallbacktogether,notforgettingultimatelywhatitisfor.Letitgiveusonemorefinalpleasure;drinkitandforgetitall!4.

However, Feynman (and Pierre Louis Maupertuis) should have been

presenttoassisttoarecentwonderfullectureattheUniversity

ofNapoliFedericoIIbySirAnthonyJamesLeggett,professorof

physics at the University of Illinois at UrbanaChampaign (he

began studying Literae Humaniores at Oxford) and Nobel Prize in

Physicsin2003forhispioneeringworkonsuperfluidity.

InthatoccasionprofessorLeggettexplainedwhathewasdealing

with,thenillustratinghowhehadpersuaded,onthebasisofboth

experimental facts and theoretical (QuantumMechanics based)

arguments,thatthearrowoftimecouldlocallyandtemporarily

reverse!

By putting aside, elegantly, any usual consideration on time

machines(andavoidingtorecallthefilmBacktothefuture)he

skippedmathematicalandphysicaldetailsandinsteadraisedanew

question, that is the necessity to admit that the induction

principle(i.e.pastcausesfuture,notviceversa)hadtobe

violated.

Theimplicationsforfreewill,determinismandanythingtoday

seemstobeobviousornaturalareenormous,but,perhaps,the

4R.P.Feynman,LecturesonPhysics,3voll.,AddisonWesleyLongman,Boston,1970.

DOSSIERMassimilianoFraldi,Themechanicalbeauty

24

messagecontainedinthatslidewassemanticallyevenstronger:it

isthemosteffectivewarningtobringtogetherallformsofhuman

thoughtsgiventhat,asstatedbyWittgenstein,Thelimitsofmy

languagemeansthelimitsofmyworld.MASSIMILIANO FRALDI Dipartimento di Strutture per l'Ingegneria e l'Architettura(DIST)eCentrodiRicercaInterdipartimentalesuiBiomateriali(CRIB)ScuolaPolitecnicaUniversitdegliStudidiNapoliFedericoII

fraldi@unina.it

S&F_n.11_2014

25

CRISTIANFUSCHETTO

MECCANICAVITA.DACALVINOALLAROBOTICAEVOLUTIVA

1.LevieCalvinorispondonoalleprovocazionidiRoss

2.Menteemateria:unaconversionepossibile?3.Roboticaumanista

ABSTRACT:Oftenthescientificinnovationsarebetterexplainedbyliteraturethanscientificessay.Inthestoriesofwriterstheyacquireanidentityotherwisesoforcedtoremaincontradictory.ThiswasthecaseofItaloCalvinoandPrimoLeviaboutthinkingmachinesarrivedonstageoftheHistoryofthelate20thcentury.Inanotherperspective,thiswasalsothecaseofanotherunusualobserverofCybernetics:CharlesDarwin.1.LevieCalvinorispondonoalleprovocazionidiRoss

Machines that think, nel 1933 un titolo del genere aveva

senzaltro un che di provocatorio e in fondo lo scopo di

ScientificAmericannelpubblicarelarticolodiThomasRossera

proprio questo: provocare. Larticolo era preceduto da una nota

del direttore della rivista, il quale presentava il congegno

DOSSIERCristianFuschetto,Meccanicavita

26

puramentemeccanicoinessodescrittocomeunamacchinaingrado

dimanifestareuncomportamentoche,qualorasifosseosservatoin

un organismo vivente, si sarebbe detto conseguenza di qualche

forma di apprendimento: una macchina pensante, dunque. Egli

sottolineavacomeunamacchinadelgenereriaprisseladisputatra

i meccanicisti, i quali ritenevano che la vita e il pensiero

fossero fenomeni che prima o poi si sarebbero spiegati con i

principi della fisica e della chimica, e i vitalisti, i quali,

allopposto, ritenevano che vita e pensiero potessero essere

compresisolorifacendosiaprincipiqualitativamentediversida

quellidellafisicaedellachimica.Egli,infine,nonmancavadi

far trapelare qualche perplessit, avvertendo che i lettori che

non avessero interesse per le questioni filosofiche come la

natura del pensiero potevano evitare di schierarsi in questa

disputa sulla base della macchina di Ross, limitandosi a

considerare questultima come un piacevole motivo di

divertimento.Comesipotevapensare,delresto,cheunamacchina

potessesuggerirequalcosasullanaturadelpensiero?Chi,dila

poco,prendesulserioleprovocazionidiRosssonoduechenon

taspetti:ItaloCalvinoePrimoLevi.

Dabuonmaterialista,infondounchimico,Levinonescludeche

lascienzapossaarrivareacostruiredegliuominiartificiali,o

comunque qualcosa di assimilabile a unintelligenza artificiale,

solochelesueriservesonotalietantechequesteprospettive

finiscono col diventare, suo malgrado, dei meri esercizi

intellettuali. Ne Il servo, per esempio, Levi trasloca

limmaginario fantascientifico dal futuro al passato e lo fa

evocando una delle figure pi emblematiche della modernit: il

Golem. Fantoccio dargilla magicamente animato dai poteri di un

leggendariorabbinovissutonelXVIsecolo,ilGolemrappresenta

perLevilafigurapiadattaainterpretarelemodernetecnologie

robotiche.NelcorpoenellanimaquestAdamofabbricatodalluomo

ricalcaladistinzioneche400annipitardisisarebbefattatra

S&F_n.11_2014

27

hardware(largilladicuiintessutoilsuocorpo)esoftware

(glialgoritmichepresiedonoalsuocomportamento).Maquelche

pi conta che per Levi il Golem il perfetto precursore del

robotperch,propriocomequestultimo,essononpuchenascere

emorireallastreguadiunservo,ciononpuesserealtrodaun

dispositivo automatico che risponde esattamente, senza alcuna

possibilit di errore, alle istruzioni impartitegli dal suo

creatoreo,sesipreferisce,dalsuoprogrammatore.

Unipotetica corsa, poi puntualmente verificatasi,

allumanizzazionedeirobotsarebbequindistataperLeviqualcosa

di incomprensibile, visto e considerato che un robot tale

proprioperchrettodalcalcolodichilohaprogrammatoedunque

taleproprioperch,adifferenzadelluomo, coincideconun

meccanismo servile. La differenza fra i golem sta nella

precisione e nella completezza delle prescrizioni che

sovrainteseroallorocostruirsi.[]Ora,ilrabbinoArinonera

un bestemmiatore, e non si era proposto di creare un secondo

Adamo.Nonintendevacostruireunuomo,bensunpoel,ovogliamo

dire un lavoratore, un servo fedele e forte e di non troppo

discernimento:ciinsommachenellasualinguaboemasichiamaun

robot1.Ecco,ilgolemperLevilesempioperfettodelrobot,

unesecutorediistruzioni,qualcosadiunpopiediunpo

meglio dei fantocci campanari, e di quelli che vanno in

processionequandosuonanoleore,sullafacciatadelMunicipiodi

Praga2.Imitareluomoelasuaviventeintelligenzasullabase

deisoliregimidicalcolodunqueperLeviunimpresadestinata

afallire.Comescriveraltrove:Perchlaruotagiri,perchla

vita viva, ci vogliono le impurezze, e le impurezze delle

impurezze: anche nel terreno, come noto, se ha da essere

fertile.

Mapropriocos?Davverononcalcunapossibilitchedalla

1P.Levi,Ilservo,inViziodiForma,Einaudi,Torino1971,p.98.2Ibid.

DOSSIERCristianFuschetto,Meccanicavita

28

freddezzadeicircuitielettricipossaungiornonascerequalcosa

disimilealpensieroo,addirittura,agliaffettidegliumani?

davvero cos impensabile che dalle rigide combinatorie di una

macchina possa sgorgare la multiforme attivit di una mente?

Calvino,adifferenzadiLevi,apparepossibilista.

In Cibernetica e fantasmi3, egli dimostra di centrare alla

perfezione quello che col senno di poi si pu facilmente

individuare come la cifra dellepoca, e cio la rivoluzione di

linguaggi e di prospettive che le nascenti teorie

dellinformazioneavrebberodilapocoimpostoatuttiicampi

del sapere. Calvino esprime il nuovo orizzonte culturale

attraverso la rimodulazione della dicotomia apparentemente cos

pocoletterariacheopponeilcontinuoaldiscreto:Nelmodo

in cui la cultura doggi vede il mondo, c una tendenza che

affioracontemporaneamentedavarieparti:ilmondoneisuoivari

aspettivienevistosemprepicomediscretoenoncomecontinuo.

Impiego il termine discreto nel senso che ha in matematica:

quantitdiscreta,ciochesicomponedipartiseparate4.

Ma qual il mondo a cui lo scrittore si riferisce? Parla

delluniverso,dellanatura,dellecosechetocchiamoepossiamo

sperimentare, o fa cenno anche a quel pezzo di realt

dallontologia un po pi evanescente che solitamente

rappresentiamo sotto le insegne della spiritualit,

dellimmaterialeodelmentale?Ilmondochesicomponediparti

separate abbraccia forse anche il pensiero? Se cos fosse le

posizioni guardinghe di Levi sullumanizzazione dei robot

sarebbero superate (ma certo non questione di imbastire

competizionitrachistarebbepiavantidichi)daquelledi

Calvino; infatti se anche il pensiero una realt discreta,

composta di parti separate e ben definite, non poi cos

improbabilelaproduzionedicervellielettroniciodimacchine

3I.Calvino,Ciberneticaefantasmi.Appuntisullanarrativacomeprocessocombinatorio,inSaggi,MeridianiMondadori,Milano1995.4Ibid.,p.203.

S&F_n.11_2014

29

pensanti. I cervelli elettronici, se sono ancora lungi dal

produrretuttelefunzionidiuncervelloumano,sonopergiin

grado di fornirci un modello teorico convincente per i processi

pi complessi della nostra memoria, delle nostre associazioni

mentali, della nostra immaginazione, della nostra coscienza5.

Memoria, immaginazione, coscienza, nulla che sia propriamente

umanosembrapoterrestarefuoridallapotenzaingegneristicadei

cibernetici:Shannon,Weiner,vonNeumann,Turing,hannocambiato

radicalmentelimmaginedeinostriprocessimentali.Alpostodi

quellanuvolacangiantecheportavamonellatestafinoaierie

del cui addensarsi o disperdersi cercavamo di renderci conto

descrivendo impalpabili stati psicologici, umbratili paesaggi

dellanima,alpostodituttoquestooggisentiamoilvelocissimo

passaggio di segnali sugli intricati circuiti che collegano i

rel, i diodi, i transistor di cui la nostra calotta cranica

stipata6.SullasciadiAlanTuring,macchineepensieroappaiono

aCalvinocomegrandezzecommensurabili,equestosignificachela

millenaria rappresentazione gassosa dellanima non pi cos

evidente ma necessita di essere rivista, dagli scienziati, dai

letterati,daifilosofiedatuttiquellichemoltosemplicemente

avvertono lo scrupolo di capire il proprio tempo coi mezzi del

proprio tempo. Il pensiero, che fino a ieri ci appariva come

qualcosadifluido,evocavainnoiimmaginilinearicomeunfiume

chescorreounfilochesisdipana,oppureimmaginigassose,come

unaspeciedinuvola,tantverochevenivaspessochiamatolo

spirito, oggi tendiamo a vederlo come una serie di stati

discontinui, di combinazioni di impulsi su un numero finito (un

numeroenormemafinito)diorganisensoriedicontrollo7.Come

nel gioco degli scacchi, una gamma pressoch infinita di

possibilit pu aver origine da un numero finito di elementi:

lincorporeoeilcorporeosembranocosvicinidapotersiquasi

5Ibid.,p.220.6Ibid.,p.205.7Ibid.

DOSSIERCristianFuschetto,Meccanicavita

30

stringerelemani.

Del resto esattamente questo lo scopo dichiarato

dellIntelligenzaArtificiale,cheginellaprimaveradel1956,

perboccadiJohnMcCarthy,tracciavacosleproprieambizioni:

Si cercher di costruire macchine in grado di usare il

linguaggio, di formare astrazioni e concetti, di migliorare se

stesse e risolvere problemi che sono ancora di esclusiva

pertinenzadegliesseriumani.Selospiritounaseriedistati

discontinui,valeadirediscreti,perchcontinuareacredere

(o a voler credere) che i robot debbano per forza obbedire al

meccanismoservilediundispositivoautomatico?Perchcontinuare

a tutelare lesclusivit di alcuni domini di pertinenza degli

esseriumani?

2.Menteemateria:unaconversionepossibile?

Seppurinunacondivisacornicematerialistica,lesensibilitdi

Levi e di Calvino paradossalmente divergono. Come osserva

Pierpaolo Antonello: Paradossalmente, nella loro comune

comprensione discreta della realt, Calvino e Levi adottano una

convergenza opposta, dove lo scrittore Calvino sposa una pi

radicale antiumanistica escatologia materialistica, mentre il

chimico Levi sempre pronto a riaffermare la centralit

irriducibile dellintelligenza umana, la pregnanza a un tempo

cognitiva e evolutiva delle passioni umane8. Un paradosso il

sintomo di una verit pi complessa di quella che ci si

aspetterebbediafferrareelaparadossaleconvergenzaopposta

traLevieCalvinosembraproprioconfermarlo.Lesensibilitdei

due scrittori agiscono come la punta di un sismografo pronto a

segnalare lo sgretolarsi di un orizzonte culturale che ha

alimentatopersecolilaculturaoccidentaleechenonesagerato

considerare come lapriori che da Platone in poi ha fatto da

8P.Antonello,Letteraturaescienza,inStoriadItalia.AnnalediScienza,acuradiF.CassataeC.Pogliano,Einaudi,Torino2011,pp.923948.

S&F_n.11_2014

31

guidaalleinterpretazionicheluomohadatodise stesso,del

mondoedituttocichedivoltainvoltavenutoatrovarsiin

quella zona grigia che non n lAltro n il S, di quella

porzione di indefinito in cui non difficile oggi riconoscere

quei robot cos pericolosamente umani da infrangere

sistematicamentelospecchiodifrontealqualepoterdireanoi

stessiEcco,questosonoio.DaPlatoneinpoi,infatti,luomo

nonhamaismessodiconsiderarelospirito,lanima,lamente,la

cultura, come lo stigma della propria umanit. Lapriori

fermamente condiviso da tutta questa tradizione quindi

lequivalenza tra pensiero e uomo e, di conseguenza, il

disconoscimentodiqualsiasiconvergenzatracichehapensieroe

ci che non umano oppure tra ci che non umano e quel che

solitamentericonduciamoallecreazionidiunamente.

Tanto per citare due esempi piuttosto significativi basta

considerare il manifesto umanista di Pico della Mirandola e

lontologiadualisticadiCartesio.NelsuocelebreDiscorsosulla

dignitdelluomo,Picoscrive:OAdamo,noinontiabbiamodato

una sede determinata []. La natura degli altri viventi gi

definitacostrettaentroleggidanoiprescritte[...].Nonti

abbiamo fatto n celeste n terreno, n mortale n immortale,

affinch tu possa tranquillamente darti la forma che vuoi, come

libero e sovrano scultore e artefice di te stesso9. Secondo

questa prospettiva luomo lunico essere che non ha natura e

che, proprio per questo, a differenza di tutti gli altri

chiamato a darsela da s grazie al dono del libero arbitro.

Insommaluomoleccezionetralecreatureperchlacreatura

che dispone del linguaggio, della mente e del pensiero.

Lumanesimo cartesiano non molto dissimile da questa

impostazione.ComenotoCartesiodistinguelatotalitdelreale

tra res cogitans e res extensa e cos finisce col distanziare

9PicodellaMirandola,Discorsosulladignitdelluomo,Guanda,Parma2007,pp.103104.

DOSSIERCristianFuschetto,Meccanicavita

32

luomoelasuaessenzacogitantedallamaterialitdelluniverso.

Lasostanzadiscretadellecosenonsoloqualcosadidiversodal

cogito, ma addirittura concepita in antitesi a esso, le cose

cioappartengonoaunadimensionedellesserecheagliantipodi

di quella che Calvino definirebbe la natura gassosa del

pensiero.

Macomeabbiamovisto,afarelapartedeiguastafesterispettoa

questa visione un po narcisistica delluomo, arrivano nella

seconda met del novecento la cibernetica e la teoria

dellinformazione. E non un caso se proprio un cibernetico a

inquadraremegliodialtrilarivoluzionefilosoficaeumanistica

messainattodallascienzadellemacchinepensanti.Attraversoun

serrato confronto con i classici della tradizione filosofica e

scientificaoccidentale,daPlatoneadHeisenberg,daAristotelea

Schrdinger, Gottard Gnther riesce infatti a tratteggiare un

quadroesaustivodelladecostruzioneoperatadallenuovescienze

cognitiveneiconfrontidel(finl)solidoedificioumanistico.

In una pagina particolarmente illuminante della sua Cybernetic

Ontology Gnther osserva: Mente e Materia appartengono a due

differenti dimensioni metafisiche; esse non possono mescolarsi.

Non vi tuttavia una distinzione di questo tipo tra lo stato

energetico e lo stato materiale dellUniverso. Lequazione di

Einstein secondo cui E = mc stabilisce che lenergia pu

convertirsiinmassaeviceversa.Manonvisonoformuleanaloghe

perlaconversionedelpensieroinmateriaodelsignificatoin

energia. Noi conosciamo come un fatto empirico che il nostro

cervellounsistemafisicodovehannoluogocertiprocessiper

molti versi sconosciuti anche se certamente fisici. Per

losservatore si tratta di una combinazione di dati elettrici e

chimiciingradodiprodurreunfenomenomisteriosochepotremmo

chiamaresenso,coscienza,oautoconsapevolezza.Inconsiderazione

dicidovremmoeliminareogniteologiaeevitarediparlaredi

unanimasoprannaturalecherisiedenelcorposolocomeunospite,

S&F_n.11_2014

33

e considerare materia, energia e mente come elementi di una

relazionetransitiva.Inaltreparoledovrebbeesserciunaformula

diconversionetraenergiaemente,unaformulachesiainstretta

analogiaconlequazionediEinstein10.

Ma davvero possibile trovare questa formula di conversione?

Gnthercimetteinguardiaeosserva:Dalpuntodivistadella

nostraclassicalogicabivalente(conlasuarigidadicotomiatra

enti soggettivi e enti oggettivi) la ricerca di una formula

siffatta potrebbe sembrare poco meno che una follia. Il comune

denominatore tra Mente e Materia, secondo una tradizione

spiritualelungamillenni,infattimetafisicoenonfisico11.

Secondoilteoricodellinformazionetedescoquindilastruttura

profonda della nostra logica che ci ostacola, fino a farla

apparire come una autentica follia, nellimpresa di trovare una

formuladiconversionetramenteemateria.

Eppure,primaancoradellarobotica,primaancoradeivariDeep

Blue,AsimooEcceRobot,primaancoradellacibernetica,

forse possibile rinvenire chi ha trovato una tale formula di

convertibilit.

3.Roboticaumanista

Il pensatore atteso da Gnther, quello capace di oltrepassare

limpianto metafisico sul quale stato da sempre pensato il

rapportotraMenteeMaterianoneradildavenire,maavevagi

iscrittoilproprionomenelsolcodellastoria.Apoteressere

consideratocomeloscopritoredellaformuladiconversionedella

materiainspiritoinfattiCharlesDarwin.

Darwin,comeEinstein,trovaunaformuladiconvertibilitdella

materiainenergiaperchrealizzare,comeluiharealizzato,una

genealogiaintegralmentematerialisticadellamenteedellamorale

equivale n pi n meno che a tradurre la materialit del

10G.Gnther,Cyberneticontologyandtransjunctionaloperations,UniversityofIllinois,EngineeringExperimentStation,pp.1314.11Ibid.,p.18.

DOSSIERCristianFuschetto,Meccanicavita

34

biologico nellimmaterialit dello spirituale. Detto in altri

termini, Darwin reinventa la nostra percezione del mondo non

soltanto perch ci spiega che il mondo che abitiamo retto da

leggi interamente consegnate allimprevedibilit del tempo, ma

anche e soprattutto perch ci suggerisce che gli abitatori di

questo mondo sono essi stessi fabbricati dal tempo. grazie

allincontenibile potenza della dimensione diacronica che la

variazioneelaselezionepossonofabbricarenuoveformedivita,

soprattuttoeinnanzituttoiltempochepermettelafissazione

dun carattere nuovo, scrive Darwin, anima, mente e pensiero

compresi.

Parafrasando,manontroppo,lametaforalucrezianaresacelebre

daBlumenberg,sipudirecheconDarwinluomoscopreduncolpo

che tra s e il naufragio cui da sempre assiste con fascino e

tribolazionenoncpialcunmarginedisicurezza:densitdella

carne e impalpabilit dellanima si accoppiano come mai prima

seraazzardatodipensareediventanocosilmedesimofruttodi

una natura naturans spudoratamente immune a ogni soluzione di

continuit. Come ha scritto Patrick Tort: Con Darwin non ha

effettivamente pi alcun senso identificare un inizio a partire

dal quale la scienza delluomo dovr cessare di essere naturale

perdiventareumana;[]nelquadrodelsuoevoluzionismononc

infatti pi alcuno spazio per la metafisica degli inizi

assoluti12.Pertornareallenostrecaremacchineintelligenti,

cisignificacheladimensionegassosadelpensierononsolopu

nascere,madevenecessariamenteoriginarsidaquellaestesadella

materia biologica e, why not?, fisica. A pensarci bene, nel

preferirelabrutaascendenzascimmiescaallapurezzadelleidee

platoniche Darwin non fa altro che riconoscere un tertium datur

tramateriaespiritoedaciberneticoantelitteramqualetesse

una trama che ricongiunge limmaterialit dellidea alla

materialitdelcorpo,tralasostanzialitestremadelsoggettoa

12P.Tort,Darwineildarwinismo,tr.it.Editoririuniti,Roma1998,p.88.

S&F_n.11_2014

35

quellaaltrettantoestremadelloggettoe,inquestomodo,compie

ilcriminemostruosodiunaredistribuzionedisoggettivit.

Per Darwin, cio, non c pi alcun puro soggetto cogitante da

opporre ad altrettanto puri oggetti estesi, ci sono piuttosto

diversigradidipurezzao,falostesso,diimpurit.

Ed eccoci di nuovo ai robot, a questi oggetti il cui tasso di

complessit cognitiva ci fa dubitare ogni giorno di pi

sullopportunit di considerarli alla stregua di soggetti. Una

interessanteconferma,nonsolosemantica,circalapossibilitdi

avvicinare il pensiero evoluzionistico alla rivoluzione

epistemologica introdotta dallintelligenza delle macchine la

cosiddetta Robotica Evolutiva, una disciplina il cui scopo

esattamentequellodievolvererobotautonomi,ciodeicongegni

che siano in grado di mostrare un comportamento adattivo senza

alcunasupervisionedapartediterzi,inaltreparolesenzaalcun

aiutodapartedegliuomini.Perraggiungerequestoobiettivola

Robotica Evolutiva si basa sulle stesse leggi dellevoluzione

biologica: riproduzione, mutazione, selezione. I ricercatori

sottopongonoalvagliodellaselezione(chepuesseresvoltada

un computer o anche da uno sperimentatore) una popolazione di

robot le cui caratteristiche, per esempio la morfologia o

larchitettura neurale, sono definite in un genoma artificiale

fatto di algoritmi. I genotipi dei robot selezionati vengono

copiati anche se, proprio come accade in natura, non

perfettamente; infatti tramite lazione di alcuni operatori

geneticivengonointrodottedellevariazionicasualinelgenotipo

deifigli,iqualidarannoinizioaunasecondagenerazione e

cos via finch non si ottiene una generazione di robot dalle

prestazionigiudicateparticolarmenteadattive.

Irobotsiallevano,irobotevolvono:comeinungiocodispecchi

lavitanaturalesiriflettenellavitaartificialeperconoscere

meglio se stessa. In questo gioco il coinvolgimento dei robot

risulta essenziale perch, contrariamente a quello che si

DOSSIERCristianFuschetto,Meccanicavita

36

ritenuto fino a qualche decennio fa, si compreso che

lintelligenzanonunprocessopuro,ciononmerocalcoloo

combinazionesimbolica,maunprocessochenascedalbassodelle

esigenze materiali di adattamento allambiente. linterazione

col mondo che fa emergere lintelligenza nelle sue varie

manifestazioni. Lintelligenza ha cio bisogno di un corpo per

poteresseretale.

I robot rappresentano degli strumenti perfetti per simulare e

sperimentare quel che potrebbe definirsi la genealogia

dellintelligenza (ma forse sarebbe meglio dire le genealogie

delle intelligenze) proprio perch riescono a render conto non

unintelligenza astratta che non esiste ma di

unintelligenza concretamente situata in un ambiente. In questo

senso i robot sono senzaltro dei sistemi intelligenti

incarnati, tanto pi potenzialmente intelligenti quanto meno

vincolati allesattezza di un meccanismo, tanto meno servili

quantopievolvibili.Maseirobotevolvono,sepossonoevolvere

lalorointelligenza,nondovremmoforsecominciareaparlaredi

soggetti? Non dovremmo perlomeno provare a riflettere

sullopportunitdiredistribuirepartedellasoggettivitcheda

semprericonosciamoanoistessi?

SeveroquelcheinsegnavaVico,eciocheilveroeilfatto

coincidono (verum et factum convertuntur), allora laspirazione

alla creazione di un uomo artificiale non altro che

laspirazione alla pi autentica conoscenza di s da parte del

sapiens. Il Golem di Levi o il robot umanoide del professor

MacLeodrappresentanoduevariantidiunmedesimotema.Tuttavia,

a differenza di quel che immaginava Levi, la fabbricazione del

Golemoggipuntasullinesattezzadelleleggidellavitapiuttosto

che sullesattezza della computazione logica. La robotica si

intantodarwinizzataelemacchinesonoletteralmentediventate

degli enti evolvibili, per niente immuni alla discreta

dimensionedellamente,dellospiritoedellasoggettivit.

S&F_n.11_2014

37

LUCIOPASTOREBARBARALOMBARDO

UNDERSTANDINGBRAINTHROUGHDISEASES

1.Intro2.Geneticandneurologicaldisordersvs.technologies

3.Whathavewelearnedfromallthemutationsidentifiedinneurologicalpatients?

Abstract: Understandingthe causes underlyingdiseases affecting brainfunction, mentaldisabilities and otherdisorders is a verydifficult task thatnecessitates to deeplytrace mechanisms at thebasis of the human brainmachine, a complexcircuitrythatrequiresanetwork of gene productsto orchestrate its selfassembly and functions,mutations of these genesoften resulting inneurological andpsychiatricdiseases.

1.Intro

Thehumanbrainisacomplexcircuitrythatrequiresanetworkof

gene products to orchestrate its selfassembly and functions;

mutationsaffectinganyofthesegenescanresultinneurological

and psychiatric diseases. The latter are extremely common: a

surprising25%ofalladultssuffersatonepointoftheirlives

of a diagnosable mental disorder. Among all diseases affecting

brain function, mental disabilities of different types have an

DOSSIERLucioPastoreBarbaraLombardo,Understandingbrainthroughdiseas

38

incidence of approximately 1%. Intellectual disabilities involve

differentaspectsofourmentalfunctionsincludingdelaysinthe

developmentofspecifictaskssuchaslanguage,memoryorproblem

solving;otherdiseasescanaffectsocialbehaviorssuchasautism

or many other aspects (schizophrenia, idiopathic epilepsy and

others).

Understanding the causes underlying these disorders has been an

extremely difficult task since recently. In fact, most of these

diseasesaremultifactorialinnaturewithanextremelyrelevant

geneticcomponent.Historically,thefirstdiseaseassociatedto

mentalproblems,whosegeneticbasishadbeenidentified,wasDown

syndrome: in fact, analysis of karyotype made it possible to

detect abnormalities in both chromosome number and shape and

clearlyidentifiedthepresenceofthreecopiesofchromosome21

as the cause of this specific disease. At the beginning of the

nineties a new approach to the identification of disease

associated genes, called positional cloning, allowed the

identificationofanoveltypeofgeneticalteration:anexpansion

ofDNAsequencesintandemrepeats,mostoftencomposedbythree

nucleotides.AspecificexpansionofarepeatintheFMR1gene

was proven to cause fragileX syndrome, the second most common

causeofmentalretardation.Analysisoftheexpansionhasallowed

todiagnosealargenumberofpatientsand,forthefirsttime,to

obtaininsightinthemolecularpathogenesisofadiseasecausing

intellectualdisability.

However,atthetimeonlykaryotypeandfewDNAdiagnostictests

wereavailable,allowingtheidentificationofgeneticcausesof

mentalproblemsonlyin5%ofthepatients;inaddition,mostof

the patients were diagnosed with diseases without available

therapiesbuildingaverydepressingscenario.Atthetime,itwas

not even clear whether intellectual disabilities were caused by

raremutationsinasinglegeneorbytheassociationoffrequent

deleteriouspolymorphisms.

S&F_n.11_2014

39

2.Geneticandneurologicaldisordersvs.technologies

Atthebeginningofthenewmillenniumtheidentificationofthe

genetic causes of neurological disorders has been, or more

appropriately is being, extensively modified by two different

technologies. The first to be developed was comparative genomic

hybridization array (aCGH), that allows the identification of

deletions and duplications in the entire genome. This technique

showed that every individual harbor a fairly large number of

deletions and duplications called copy number variants (CNVs);

these variations can be pathological, benign or of uncertain

significance.Neurologicaldisordershaveoftenbeenassociatedto

anincreaseinfrequencyofspecificCNVs;however,theexactsame

CNVs can also be found in normal individuals. This observation

changed the way most geneticists looked at intellectual

disabilities:thesediseasesaremostlikelycausedbyacomplex

setofmutations,oftenattheheterozygotestatus,thattogether

determine the clinical phenotype. Differently from common

Mendeliandisordersthesamealterationcanbepresentinaparent

whoisunaffectedandphenotypicallynormal.Inaddition,thesame

CNVscanbepresentinpatientsaffectedbydifferentdisorders,

aswellasinnormalindividuals.Thisobservationgeneratedthe

multiple hit theory: a patient may harbor a pathological CNV

thatdoesnotnecessarilyproduceadiseasebyitself;additional

pathological CNVs or single base polymorphisms, in fact, define

theoccurrenceofaneurologicalphenotypeaswellasthetypeof

disability. A widely known example is the duplication of a

nicotinicacidreceptorsubunitnamedCHRNA7:patientswiththis

molecular alteration can show either profound intellectual

disabilities or autism or, on the other side of the spectrum,

simplenicotineaddictionornophenotypeatall.

Amorerecentadvanceintechnologiesisstartingtoallowamore

comprehensive understanding of neurological phenotypes; whole

DOSSIERLucioPastoreBarbaraLombardo,Understandingbrainthroughdiseas

40

exome sequencing (WES), namely the determination of the DNA

sequenceofalltheexonsofallgenesinhumangenome,allowsthe

identification of variants that are likely to contribute to the

phenotype. This type of analysis adds a further layer of

complication: in fact, each individuals harbor at least 30,000

variants:potentbioinformaticanalysesarerequiredtopassfrom

the raw data to a small, defined number of variants that can

contribute to the clinical phenotype. These bioinformatic tools

are currently under development and are far from ideal; in

addition, functional confirmation of the effect of a specific

variantisoftenrequiredtostrengthentheobservation.Withall

the limitations due to the novelty and the still unsatisfactory

development of analytical tools, WES has allowed the

identification of a large number of causative mutations in

patientsand,sometimes,toclarifythelandscapeofvariantsthat

contributedtotheclinicaldevelopmentofthediseaseinpatients

whereCNVshadalreadybeenidentified.

The amazing success of these techniques has been proven by

numbers:usingthemostadvancedkaryotypetechniqueswewereable

to identify the causative mutations in 5% of the patients; the

additionofCGHincreasesthediagnosticsensitivityto15%.CGH

together with WES allows now the identification of the genetic

causes of intellectual disabilities in approximately 50% of the

patients,anumbertentimeshigherthanwecouldachieve15years

ago.

3. What have we learned from all the mutations identified in

neurologicalpatients?

What have we learned from all the mutations identified in

neurologicalpatients?Thebasicmessageisthatinmostofthe

cases we cannot consider intellectual disabilities simple

Mendelian disorders; in fact, most primary mutations have

incomplete penetrance, meaning that they can also be present in

S&F_n.11_2014

41

unaffectedrelativesofthepatient.Inaddition,othervariants

found in the patients are potent modifiers of the clinical

phenotypesandthesumofthealterationsgeneratesthephenotype.

Influence of environmental factors, such as diet, pollution and

epigenetic mechanisms other should also be considered potential

modifierstofurthercomplicatethedefinitionofthepathogenesis

ofthesediseasesatmolecularlevel.However,insomerarecases,

identification of the alteration has led to a therapy with

enormous benefits for the patient: for example, it has been

demonstrated that a subsets of autistic patients have neuronal

carnitinedeficiencyandsimpleadministrationofsupplementsis

able to completely reverse the phenotype. This was probably the

firsttimethatamoleculardiagnosisofaneurologicalphenotype

leddirectlytoaneffectivetherapy.

Molecularanalysisofintellectualdisabilitiesisgivingusalso

incredibleinsightsinthefunctionofthenormalbrain.Infact,

what we are observing in many patients is that they harbor

multiplemutationsingenesthatareeitherexpressedinneurons

belongingtothesameneuralcircuitoracttogetherforasingle

cellulartaskor,finally,arepresentinthesamelocalizationin

thecentralnervoussystem.

Identificationofmultiplemutationsofgenesexpressedinneurons

belonging to specific neural circuits points to the fact that

multiplehitstoaspecificneuralfunctiontendtoweakenitand

leadtoadisability.Thespecificcircuitcanthenbeassociated

to the specific function that has been damaged: using this

paradigm is possible to hypothesize the association of specific

taskstoparticularcircuitsandverifyitincellularoranimal

models. The same association can be made for cellular pathways

whose mutations generate specific neurological defects. Analysis

ofcellularpathwayscanbenoweasilyperformedinneuronsthat

can be easily obtained using stem cells generated directly from

thepatients:infact,inducedpluripotentstem(iPS)cellscanbe

DOSSIERLucioPastoreBarbaraLombardo,Understandingbrainthroughdiseas

42

generated from patients skin allowing to obtain samples of

neurons or other cell types without the need of postmortem

samples.SpecificneuronsubtypescanbegeneratedfromiPScells

allowingthepossibilitytotestpathogenetichypothesesaswell

asevaluatecandidatedrugs.

Unfortunately, in most cases damage of an entire neural circuit

seemstobethatcauseofthespecificdisability.Therefore,in

ordertoevaluatetheeffectofthespecificcircuitonthenormal

functionanimalmodelsarenecessary.Behavioralanalysesonmice

andratshasincrediblyimprovedoverthepast20years,together

withourabilityofintroducingmutationsintheseanimals;these

improvements strongly reduce the requirement for larger animals

with a consequent reduction in costs as well as an increase of

ethicalacceptabilityforthesestudies.

We are living an exciting time for the understanding of human

brainfunctionandhumanbehavioringeneral.Wearenowbeginning

to determine the variants at DNA level that cause defects in

specific functions including language and social aspects; these

alterations are indicating central nervous system areas, neural

circuits and cellular functions that underlie our ability to

perform these specific tasks. Further improvement in

bioinformatics as well as in our ability to analyze these

alterationsinmodelsand,possibly,inhumanswillshedfurther

lightsonthefunctionofourmostcomplexorgan.

LUCIOPASTOREBARBARALOMBARDODipartimentodiMedicinaMolecolareeBiotecnologieMediche, Universit di Napoli Federico II & CEINGEBiotecnologie Avanzate,Napoli

lucio.pastore@unina.itbarbara.lombardo@unina.it

S&F_n.11_2014

43

PAOLOANTONIONETTI

DECIPHERINGTHELANGUAGEBETWEENBIOLOGICALANDSYNTHETICMATERIALS

1.Intro2.Whataboutbiofunctionalinterfaces?3.Mechanismsincells4.Concludingremarks

ABSTRACT: Chemical signalspropagating through aqueousenvironment are at the basisof the language utilized byliving systems to exchangeinformation. In the lastyears, molecular biology haspartly disclosed the grammarand the syntax of thiscomplex language revealingthe fascinating world ofmolecular communication thatis the foundation ofbiologicaldevelopment.

1.Intro

Living systems

(i.e., replicating

molecules, cells

and organisms)

utilize a specific

language of

communication based

on chemical signals

in an aqueous

environment. In the

past30years,molecularbiologyhaspartlydisclosedthegrammar

andthesyntaxofthiscomplexlanguagerevealingthefascinating

world of molecular communication that is the foundation of

biological development. Proteins and oligonucleutides are the

molecularsupportsonwhichthebiologicalinformationiswritten

andtheinnumerablepossibleinteractionsamongthemrepresentthe

DOSSIERPaoloAntonioNetti,Decipheringthelanguage

44

base of biological communications. Molecular communication

controls and guides the development of biological systems and

adaptsdynamicallytoexternalconditionsorinsultstooptimize

the function and the performance of the species. Synthetic

materials, on the other hand, are not endowed of an intrinsic

languageandtheirfunctionsaregenerallydesignedabinitiofor

specific applications. They are constructed with molecules that

areunabletopositivelyinteracttoeachotheranddonotencode

any specific regulatory functions. Commonly, the biological (or

natural)realmisconsideredtobeunconnectedandtrulyseparated

from the synthetic creation. However, it has been largely

recognized that an active crosstalk occurs at the interface

whenever a biological entity is in contact with a synthetic

materials. The interaction between biological entities (e.g.,

biomolecules,tissues,cells,virusesandbacteria)withsynthetic

materials has gained a mounting scientific and technological

interest for the development of novel functional biointerfaces

able to actively guide and control specific adhesion and

recognitions events. The field of functional biointerfaces is

markedly interdisciplinary, bridging together bionano

technologies, biomimetic devices, tissue engineering, and

biohybrid systems. The key to achieve important advances in the

field of biointegrated devices resides in the successful

integrationofthesetechnologicalandscientificareas.Inthis

context,diversebutcomplementarycontributionsareneededonnew

biomaterials, multisignal patterning methodologies, multiscale

modeling, advanced characterization and processing technologies

for the desired biomedical and biotechnological applications.

Thus,theconceptoffunctionalbiointerfacesisrapidlyevolving

and constantly gaining new valences. Chemical structure of the

interfacesalongwiththeelectrical,mechanicalandmorphological

properties at nanoscale appear equally relevant to affect and

drive the interaction between living and synthetic systems. A

S&F_n.11_2014

45

central aspect is the capability to optimize the functional

propertieswithhighspatialresolution,creatingmaterialsthat

are able to control the interaction with the biological

surrounding at the nanoscale thus guiding the responses of

biomolecules, cells and tissues. Accordingly, by responding to

changesinthebiologicalenvironment,ortransformationfromone

state to another in the presence of biological systems,

biofunctional interface must be able of improving device

integration, control tissue regeneration, as well as to use

controlledresponsetopowerhybridbiodevices.

Modern society is ready to move to an era in which synthetic

materialscanbeengineeredbyencodingbiologicalderiveddesign

concepts,makingthemsmarts,programmable,safeandfunctional.

This, however, would be of limited practical interest if the

intricate relationship occurring at the interface between

materials and biological entities is not fully understood and

mastered.OurlaboratoryattheUniversityofNapleshasacquired

adeepknowledgeonthebasicmechanismsthatregulateandcontrol

the crosstalk at the interface between material and biological

entities, namely tissue, cells and biomolecules, and we are now

readytomoveforwardtranslatingtheseforefrontscientificand

technological achievements into materials, devices and processes

whichmayhaveadirectimpactineverydaylife.Earlyprototypes

ofthisnovelclassofbioinspiredmaterialsabletocommunicate

through simple array of biophysical and biochemical cues to

biological entities have been already produced and patented and

their applicative potential is currently being assessed. Our

general vision for the future research is to continue to

deciphering the communication languages, tackling also the time

and space patterning occurrence, at the interface between

synthetic materials and biological entities to disclose novel

designing concepts and enrich the potentiality of these highly

promisingnovelbioinstructivematerials.

DOSSIERPaoloAntonioNetti,Decipheringthelanguage

46

2.Whataboutbiofunctionalinterfaces?

The development of biofunctional interfaces is of particular

interest in the field of biomaterials for tissue engineering

applications. In this context, next generations of materials

scaffoldscallforsmartinterfacesthatencodecomplexarraysof

bioactive signals able to control and guide cellular processes.

Theseinterfacesrequireananometriccontrolofthepresentation

of physical and biochemical cues that recapitulate the spatial

temporal molecular regulatory cellular program. Recently, micro

and nanostructured interfaces able to present in a tightly

spatial and temporal controlled way biomolecular moieties have

been proposed as effective in cell guidance as in the case of

functional angiogenesis and stem cell differentiation. These

materials represent a first attempt to mimic the complex and

dynamicmicroenvironmentpresentedinvivo,andtofurtherdevelop

materials interfaces that correctly display the whole array of

biosignalsnecessarytoguideandcontroldevelopmentalprocess

intissuedifferentiationandmorphogenesisaswellastoincrease

symbiosis among material engineering, micro and nanotechnology,

drugdeliveryandcellandmolecularbiology.Cellularactivities

that are mostly influenced by material properties are adhesion,

spreading, migration, proliferation and differentiation.

Specifically, engineered surfaces displaying selected

biofunctional groups or microscale patterns have been used in

order to study signal interactions in a systematic way. These

assaysprovedtobevaluabletoolstoenrichthebodyofknowledge

on cellmaterial crosstalk that represents today a solid

foundation for further progress. Owing to technological

limitations, however, these kinds of substrates allowed modest

control on signal presentation, in terms of signal dose spatial

arrangement and temporal evolution. Advancements in chemistry,

material science and nanotechnologies, greatly improved the

S&F_n.11_2014

47

possibility of presenting many different signals according to

predefined spatial patterns or temporal chronoprograms. In

particular, patterns of biochemical signals, topographies on

different length scales, along with mechanical cues, clearly

revealed very sophisticated abilities with which cells sense

(and react to) external stimuli. However, the majority of the

studiesdealtwithsinglesignaltypesandthusindividualsenses.

This contributed to depicting a scenario in which cells taste

chemical moieties, see topographies and touch mechanical

properties.

To date, a plethora of cellresponsive material properties has

beenascertainedandcataloguedincludinghydrophobicity,surface

charge,roughness,andstiffness.Thesefindingshavepointedto

theattractiveprospectofengineeringmaterialsabletocontrol

and guide specific cellular events. The potential to pattern

materialpropertieswithnanometricprecisionpavesthewaytothe

next biomaterials generation referred to as Cell Instructive

Materials (CIMs) with extended functionality and bioactivity.

Cell Instructive Materials are envisioned as nanofeatured

materialsexpresslyprogrammedtoimpartevencomplexcommandsor

instructions to cells with the aim of directing, guiding and

controlling their fate. The realization of these attractive

materialsreliesuponadeepunderstandingofthemechanismsthat

regulate cellmaterial interactions and in particular upon the

disclosingofthecomplexmolecularmachineryofrecognitionand

decoding that occurs at the interface between cell membrane and

materials.However,themechanismunderpinningtheprocessofcell

recognition of materials properties cues topographical,

mechanical, chemical is poorly understood, and therefore the

possibilitytocorrectlydisplayasingleoranarrayofsignals

atcellmaterialinterfacetoelicitagivenandpredefinedcell

responseisstillfaraway.Severalresearchgroupsarecurrently

focusingtheirattentiononcellmaterialinterfacewiththeaim

DOSSIERPaoloAntonioNetti,Decipheringthelanguage

48

of unraveling the intricate and unidentified principles that

regulatecellmaterialcrosstalk,leadingtoarapidincreasein

thebasicknowledgeofthedifferentstagesandphasesthatoccur

across the cell membrane as a result of different material

properties and distribution density of biological sites. A

synthesisofrecentliteraturedepictsthephenomenonofcrosstalk

at the cellmaterial interface as mostly influenced by the

dynamics of large macromolecular complexes across the cell

membrane whose formation and extension depend upon material

properties. According to this vision, properties such as

mechanical,topographicalandbiochemicalinfluencecellmaterial

interactionbyaffectingindifferentwaysthedynamicsofthese

macromolecular complexes. Therefore mechanical, topographical or

biochemicalsignalsmaynotrepresentseparateordifferentcues,

as suggested by some reports, but rather produce a different

effectonthemacromolecularcomplexdynamics.

3.Mechanismsincells

Therecentliteraturehassignificantlyelucidatedthemechanisms

by which cells sense biochemical, topographic and mechanical

signals,translatingthemintocommandsthatregulateactivityand

fate by triggering specific intracellular pathways. Most of the

studies, however, specifically deal with the effect of a single

signaltype.Thishasalsoledtothetacitacknowledgementthat

differentsignaltypesarerecognizedbycellsthroughindependent

pathwaysandthereforedifferentroutescanbepursuedtogovern

material cytoskeleton crosstalk. Yet, experimental evidences

suggest that a common leitmotif connecting the effects of

different types of signals on cell response might exist. Cells

cultured either on large bioadhesive areas, or on shallow

nanotopographies or on stiff substrates, exhibit a mature

cytoskeleton,withlargeactinbundles,andlargefocaladhesions.

In contrast, cells on small adhesive islands, or on deep

S&F_n.11_2014

49

nanotopographies or on compliant substrates display a diffuse

cytoskeletonandsmalladhesions.

4.Concludingremarks

Theresearchoverthepastdecadehassignificantlyelucidatedthe

basic of the communication language occurring between cells and

materials. In particular the mechanisms by which cells sense

biochemical, topographic and mechanical signals, by translating

them into commands that regulate activity and fate, and also

triggering specific intracellular pathways. Thanks to cultural

integration of cellular and molecular biology combined with the

advancement in material science and nanotechnology, it will be

possibletodecipheringthecompletesyntaxofthelanguagethat

regulate the cellmaterial crosstalk and open the way to future

materialsabletoinstructanddirectspecificcellfunctions.

PAOLO ANTONIO NETTI Istituto Italiano di Tecnologia IIT, Center for AdvancedBiomaterials for Health Care, Genoa, Italy & Dipartimento di Chimica, deiMateriali e della Produzione Industriale Universit degli Studi di NapoliFedericoII

paoloantonio.netti@unina.it

DOSSIERAlessandraScotti,Lelogiodelsuperficiale

50

ALESSANDRASCOTTI

LELOGIODELSUPERFICIALE.DALCHIASMATATTILEAQUELLOVISIVO,CONSIDERAZIONITRAPORTMANNEMERLEAUPONTY

1.Essere/oapparire2.Anchelaformaconta3.Ilmimetismoanimale4.Dalchiasmatattilealchiasmavisivo

ABSTRACT:ThisworkinvestigatesMaurice MerleauPontys conceptof chiasme andhis philosophicallink with thebiology by AdolfPortmann. Thepaper invokes adifferent meaningof "profondeur"surfaces,according to thenotion of selfpresentation.Through thestudies ofMerleauPonty,Arendt andPortmann himselfit emerges thepossibility ofovercaming theoppositionbetweeninside/outsideand a newconception ofinteranimality.

1.Essere/oapparire?

In questo mondo, in cui facciamo ingresso apparendo da nessun

luogo e dal quale scompariamo verso nessun luogo, Essere e

Apparirecoincidono1.Conquestaffermazioneeterodossa,dirara

bellezzaeprofonditfilosofica,siapreilprimocapitolodeLa

vita della mente di Hannah Arendt. La dichiarata identit fra

essereeapparirecomportaduerilevanticonseguenzefilosofiche:

1H.Arendt,Lavitadellamente,tr.it.Ilmulino,Bologna2009,p.99.

S&F_n.11_2014

51

inprimoluogochelacosiddettateoriadeiduemondiperdeogni

significatoevalore,perdirlaconNietzscheunavoltaeliminato

ilmondoveroavremoeliminatoanchequelloapparente2;insecondo

luogo lapparire sensibile, scevro dallaccezione ingannevole e

fallaceacuilastoriadellametafisicacihaabituato,reclama

unasuapropriadignitontologica.Cichesimanifestanelmondo

ilmondostesso,edlasuanaturafenomenicachevaindagata,

toccata anzi. Proprio questo slittamento costituisce uno dei

passaggicrucialiimplicatidalluguaglianzatraapparireessere.

Ecco perch nella ricostruzione della Arendt giocano un ruolo

decisivotantolabiologiadiPortmannquantolafenomenologiadi

MerleauPonty.Poichnonsiamosolonelmondomaanchedelmondo,

la nostra esistenza mondana implica una qualche forma di

spettacoloallestitoperunospettatore.Ognicreaturavivente,in

quantotale,chiamataadapparire,amostrarsi,comeattorisu

unascena3.Lapparirenelmondopresupponesempreunparerea,

unmiparee,dunque,unadimensioneintersoggettiva.Nomanisan

Island, scriveva John Donne, la pluralit la legge della

terra4, gli fa eco la Arendt. Non a caso la lettura

merleaupontiana di Portmann utile a far emergere