La memoria non è un archivio, ma un filtro. Uno studio

Ricordare viene considerato quasi sempre un vantaggio: chi conserva il passato dispone di informazioni più numerose, riconosce ciò che ha già incontrato e può usare l’esperienza per orientarsi nel presente. La memoria appare così come un magazzino nel quale una maggiore quantità di dati dovrebbe produrre una conoscenza migliore, secondo un’idea diventata ancora più naturale da quando la affidiamo a fotografie, conversazioni e documenti o dispositivi la cui qualità viene misurata anche attraverso la loro capienza. Gli organismi viventi affrontano però un problema diverso, perché ogni ricordo deve essere inscritto in una struttura fisica che consuma risorse, introduce errori e continua per qualche tempo a rappresentare un mondo che nel frattempo può essere cambiato.

Un animale che cerca cibo seguendone l’odore riceve segnali continuamente deformati dal vento. In un certo punto la traccia diventa intensa, pochi istanti dopo scompare, quindi riappare in una direzione diversa; una singola percezione descrive soltanto la situazione presente, mentre il confronto con ciò che era stato percepito poco prima permette di riconoscere una tendenza. Per compiere questo confronto occorre conservare una traccia del passato, dotandosi di un sistema che la registri con sufficiente precisione e la mantenga abbastanza a lungo da renderla utilizzabile.

Anche una cellula, pur essendo priva di cervello, affronta continuamente problemi dello stesso genere. La concentrazione di una sostanza esterna oscilla, i segnali molecolari sono disturbati dalle fluttuazioni casuali e una risposta impegnativa può risultare conveniente soltanto quando lo stimolo persiste. La cellula deve quindi attribuire un significato agli eventi che incontra nel tempo, usando circuiti biochimici nei quali una condizione precedente continua per qualche secondo o per qualche minuto a influenzare quella successiva. La memoria biologica comincia già qui, nella capacità di uno stato fisico presente di conservare una parte dell’informazione ricevuta in passato.

Takehiro Tottori, del RIKEN Center for Brain Science, e Tetsuya J. Kobayashi, dell’Institute of Industrial Science dell’Università di Tokyo, hanno cercato di stabilire quando questa capacità diventi vantaggiosa. Nel loro lavoro, pubblicato su Physical Review Letters, descrivono un organismo teorico che deve stimare una condizione ambientale mutevole attraverso segnali imperfetti, potendo scegliere se utilizzare soltanto la percezione corrente oppure combinarla con una memoria delle osservazioni precedenti. Il sistema dispone di risorse limitate e la memoria possiede un costo, perché la traccia deve essere aggiornata e protetta dalle fluttuazioni che tendono a corromperla.

La domanda riguarda dunque la convenienza del ricordo. L’organismo può ridurre i propri errori confrontando il presente con il passato, purché l’informazione conservata sia abbastanza attendibile da giustificare le risorse impiegate per mantenerla. Quando questa condizione manca, la memoria aggiunge al rumore proveniente dall’ambiente quello prodotto dal proprio supporto interno, perpetuando segnali che possiedono scarso valore e influenzando decisioni che sarebbero state migliori se il passato fosse stato lasciato svanire.

Il primo risultato ottenuto dai due ricercatori riguarda il modo in cui avviene il passaggio da una strategia all’altra. Quando le risorse disponibili sono scarse, l’organismo teorico ottiene il risultato migliore ignorando completamente la memoria e reagendo alla percezione del momento. Una memoria rudimentale richiede già un investimento, mentre la traccia che riesce a conservare rimane troppo debole e rumorosa per migliorare in misura adeguata la conoscenza dell’ambiente. La comparsa di una piccola capacità di ricordare non produce quindi necessariamente un piccolo vantaggio: può generare una spesa priva di un’utilità sufficiente.

Aumentando gradualmente le risorse, il sistema continua per un certo tratto ad affidarsi soltanto al presente; raggiunta una soglia, la memoria diventa abbastanza stabile da modificare realmente la qualità delle decisioni e la strategia ottimale cambia bruscamente. Gli autori definiscono questo passaggio una "transizione di fase", usando il linguaggio della fisica per indicare una trasformazione qualitativa prodotta dal superamento di un valore critico. Sotto la soglia, il passato viene ignorato; oltre la soglia, entra pienamente nel processo con cui l’organismo interpreta l’ambiente.

La ragione di questa discontinuità risiede nella struttura stessa della memoria, che richiede un meccanismo capace di registrare il segnale e uno stato interno abbastanza stabile da conservarlo. Una traccia facilmente scritta e rapidamente cancellata scompare prima di poter guidare il comportamento; uno stato molto stabile che si aggiorna male rimane poco sensibile a ciò che accade. Il vantaggio emerge quando la registrazione e la conservazione raggiungono insieme un’efficienza sufficiente, permettendo al ricordo di correggere gli errori della percezione corrente. Nel modello, la soluzione intermedia può esistere senza diventare la scelta migliore: una memoria debole rimane svantaggiosa fino al momento in cui l’intero sistema comincia a funzionare in maniera coordinata.

Questo passaggio suggerisce una possibile risposta a una questione evolutiva generale. Una funzione complessa può dipendere da componenti che, considerate isolatamente o presenti in forma troppo rudimentale, offrono un beneficio limitato; modificazioni graduali possono accumularsi fino a produrre una configurazione il cui valore biologico cambia rapidamente. Il modello non ricostruisce la nascita storica della memoria e non dimostra che una determinata specie abbia attraversato la soglia individuata dai calcoli, mentre mostra come una variazione continua delle risorse possa generare una discontinuità nella strategia più vantaggiosa. La selezione naturale avrebbe allora a disposizione due modi diversi di trattare l’informazione, ciascuno conveniente in una diversa regione delle condizioni biologiche e ambientali.

La memoria non diventa utile in proporzione semplice all’incertezza dei sensi. Quando il segnale proveniente dall’ambiente è molto preciso, la percezione presente contiene già quasi tutto ciò che occorre e il ricordo aggiunge poco. Se il segnale è moderatamente incerto, il confronto fra osservazioni successive consente di distinguere una variazione persistente da una fluttuazione occasionale, migliorando la stima della situazione. Quando l’incertezza cresce ancora e le osservazioni diventano scarsamente affidabili, conservarle significa prolungare il rumore, attribuendo una durata maggiore a dati che non permettono di ricostruire ciò che accade. La memoria risulta così vantaggiosa soprattutto nella regione intermedia, nella quale l’informazione possiede ancora un rapporto significativo con la realtà e la percezione istantanea rimane insufficiente.

L’animale che segue una traccia odorosa trae poco beneficio dal ricordo quando l’odore indica con chiarezza la direzione, perché gli basta reagire al segnale presente. In condizioni di moderata turbolenza, le percezioni precedenti permettono di attenuare le oscillazioni del momento e di ricostruire il movimento complessivo verso la fonte. Se il vento disperde l’odore in modo quasi casuale, una memoria più lunga registra una successione più estesa di eventi privi di un ordine utilizzabile. La quantità di passato disponibile aumenta, mentre la sua capacità di orientare l’animale rimane minima.

Il valore della memoria dipende anche dalla velocità con cui cambia l’ambiente. Un’informazione precedente aiuta soltanto finché mantiene una relazione con la situazione presente; in un mondo molto instabile, il ricordo invecchia rapidamente e può indurre l’organismo a rispondere a condizioni ormai scomparse. Il modello riproduce il passaggio verso una strategia priva di memoria quando aumenta la volatilità ambientale, in accordo qualitativo con esperimenti nei quali le persone riducono il peso attribuito alle osservazioni precedenti quando il contesto diventa più mutevole.

Un animale che abbia trovato ripetutamente una preda nello stesso luogo può concentrare lì le ricerche successive, risparmiando tempo ed energia; dopo una migrazione delle prede, la medesima memoria continua a indicare un posto diventato improduttivo. La traccia conserva intatto il proprio contenuto e perde il proprio valore, perché il legame fra passato e presente si è spezzato. La dimenticanza riduce allora l’influenza delle vecchie informazioni e consente ai segnali nuovi di modificare il comportamento con maggiore rapidità.

Ne deriva un’immagine della memoria molto diversa da quella di un deposito nel quale il vantaggio cresce insieme alla quantità di dati accumulati. Il modello di Tottori e Kobayashi non confronta archivi di diversa capienza, poiché studia la convenienza di usare oppure ignorare uno stato interno che conserva il passato; la conseguenza generale riguarda la qualità predittiva del contenuto. Una memoria vale quando ciò che contiene permette di stimare meglio il presente o di anticipare ciò che sta per accadere. Una raccolta più ampia di segnali deteriorati, casuali o riferiti a condizioni scomparse aumenta il materiale conservato senza migliorare la conoscenza.

Questa idea collega la memoria alla selezione dell’informazione. Conservare tutto richiederebbe risorse e attribuirebbe durata anche a ciò che nasce dal caso; un sistema efficace non si misura dalla quantità di tracce che riesce a trattenere, ma dalla capacità di lasciar decadere ciò che non mantiene più un legame con le regolarità del mondo. La memoria diventa così un filtro attivo, che non accumula indiscriminatamente ma decide, attraverso la sua stessa instabilità, cosa può ancora funzionare come guida e cosa invece deve essere abbandonato.

La durata ottimale di un ricordo non è una proprietà interna del ricordo stesso, ma emerge dal rapporto con la persistenza dei fenomeni che lo hanno generato: pochi secondi possono essere sufficienti per un batterio che confronta concentrazioni successive, mentre comportamenti più complessi richiedono una persistenza maggiore quando l’ambiente conserva le proprie caratteristiche per tempi più lunghi. In questo scarto tra ciò che resta e ciò che cambia si definisce il valore della memoria, che non coincide con la sua estensione ma con la sua capacità di restare sincronizzata con il mondo che pretende di descrivere.