Da sinistra a destra: Prof. Daniele Marinazzo (Univ. Ghent, Belgio), Prof. Luca Faes (Univ. Palermo) e Prof. Sebastiano Stramaglia (Univ. di Bari).
Un nuovo strumento scientifico made in Puglia svela le sinergie nascoste nei sistemi complessi: dalla medicina ai cambiamenti climatici, è rivoluzione nella fisica
Fisica delle sinergie: il metodo che riscrive le regole dei sistemi complessi.
Dalle Università di Bari e Palermo nasce un nuovo strumento scientifico in grado di studiare le interazioni di ordine superiore nei sistemi complessi e grazie al quale potrà essere rivoluzionata la comprensione umana sulle sinergie che sono alla base di moltissimi fenomeni: dall’equilibrio tra organi, che può determinare la salute o la malattia, ai fenomeni climatici globali. Una novità nel campo della Fisica che potrebbe rappresentare la base della conoscenza scientifica futura. Il nuovo studio, condotto dal Dipartimento Interuniversitario di Fisica dell’Università e del Politecnico di Bari e dal Dipartimento di Ingegneria dell’Università di Palermo, in collaborazione con le Università di Trento, Novi Sad (Serbia) e Ghent (Belgio), propone un approccio innovativo per svelare queste connessioni nascoste.
L’articolo, pubblicato sulla prestigiosa rivista Physical Review Letters, dal titolo “Partial Information Rate Decomposition” (1), è firmato dal neo direttore del Dipartimento di Fisica barese, Sebastiano Stramaglia (2), dal team del Dipartimento di Ingegneria palermitano guidato da Luca Faes e comprendente Laura Sparacino e Yuri Antonacci, e da Gorana Mijatovic, Leonardo Ricci e Daniele Marinazzo.
La ricerca ha come oggetto le interazioni di ordine superiore, ossia quei legami che si manifestano tra più di due unità di un sistema complesso composto da numerose unità interagenti. Il nuovo strumento di analisi supera gli approcci esistenti che si limitano a fornire una fotografia statica delle interazioni nei sistemi complessi, e permette di studiare numerosi fenomeni che evolvono nel tempo, dalle onde cerebrali ai cambiamenti climatici. Nel campo della medicina, questo approccio apre prospettive per comprendere come i numerosi sistemi fisiologici che compongono l’organismo umano comunichino e si coordinino attraverso scambi di informazioni, rivelando, ad esempio, il ruolo di altri organi nelle interazioni tra cuore e cervello.
In uno studio collegato, gli autori hanno applicato questo strumento alla cosiddetta network physiology, per comprendere come l’attività cardiaca, respiratoria e cerebrale cooperino nel mantenere l’equilibrio corporeo. L’integrazione con strumenti di intelligenza artificiale potrà poi permettere di gestire enormi quantità di dati fisiologici, aprendo la strada a una medicina sempre più personalizzata e predittiva, capace di riconoscere precocemente squilibri nelle sinergie tra organi.
Lo stesso approccio si dimostra promettente anche nello studio dei fenomeni climatici. Applicato all’analisi di dati meteorologici, il metodo ha rivelato interazioni complesse tra oscillazioni di temperatura e pressione su scala globale. Queste sinergie permettono di comprendere meglio eventi come El Niño, individuando i fattori che ne determinano l’insorgenza e distinguendo quelli che agiscono singolarmente da quelli che operano in modo cooperativo. Capire queste dinamiche sinergiche può fornire nuove chiavi di lettura per prevedere l’evoluzione dei fenomeni climatici e mitigare i loro effetti su scala planetaria.
«Questo lavoro rappresenta un passo importante verso la comprensione quantitativa delle sinergie nei sistemi complessi – sottolinea il professor Sebastiano Stramaglia, direttore del Dipartimento di Fisica dell’Università di Bari – La nostra metodologia consente di misurare come gruppi di variabili interagiscono in modo coordinato e non semplicemente sommativo. In futuro, l’integrazione con l’intelligenza artificiale potrà permettere di gestire moli di dati ancora più grandi, con applicazioni potenzialmente infinite».
Riferimenti:
(1) Partial Information Rate Decomposition
Descrizione foto: Da sinistra a destra: Prof. Daniele Marinazzo (Univ. Ghent, Belgio), Prof. Luca Faes (Univ. Palermo) e Prof. Sebastiano Stramaglia (Univ. di Bari). - Credit: Università di Bari e Palermo.