Variabilità ed eterogeneità nei sistemi biologici: idee nuove dallo studio dei sistemi complessi

Tutte le misure che noi prendiamo in natura sono affette da variabilità. La natura di questa variabilità è fondamentalmente differente in sistemi semplici (pendolo galileiano) o complessi come quelli biologici. Nel primo caso può essere considerata ''rumore'' e quindi è lecito pensare di eliminarla seppure tendenzialmente, nel secondo caso ha un contenuto informativo proprio e quindi non può essere semplicemente eliminata, pena la scomparsa d’informazione rilevante.
Un esempio del primo caso è la variabilità che si trova di fronte un chimico analitico quando voglia dosare la concentrazione di una certa molecola in soluzione. Si assume l'esistenza di una concentrazione vera a cui il chimico si avvicina man mano che usa metodiche più raffinate. La variabilità delle sue determinazioni diminuisce all'aumentare della precisione delle metodiche d'analisi. Questo tentativo d’eliminazione della variabilità sottintende appunto una sua interpretazione in termini di rumore.
Un esempio del secondo caso potrebbe essere la misura della concentrazione ematica del colesterolo. Qual è la concentrazione vera del colesterolo di una persona di 25 anni? Non esiste. Esistono le concentrazioni dei singoli individui A,B,C,D...diverse tra loro per motivi biologici e non solo per errori di determinazione. Oltretutto questa concentrazione varia nel tempo all’interno del singolo individuo. La variabilità tra individui e quella entro individui portano informazioni differenti, non uniformabili tra loro. Proprio questa non uniformabilità dei due tipi d’informazione è l’argomento teorico principale della tesi. I fisici chiamano la non uniformabilità della variabilità spaziale (tra individui) e temporale (entro individuo) non-ergodicità. I sistemi biologici sono spesso non ergodici. La non ergodicità di un sistema toglie alle medie di insieme il significato abituale di ''comportamento tipico'' del sistema e ci costringe ad utilizzare statistiche che tengano conto dell'eterogeneità come sorgente d’informazione e non come rumore (Ghirardi et al. 1992, Benigni e Giuliani 1986, Castorina et al. 1993). Da qui deriva la necessità di un’attenta considerazione alla struttura di variabilità dei nostri dati nella ricerca farmacologica.
Qualsiasi elaborazione teorica su questi problemi necessita però d’alcune semplici definizioni operative sulla misura ed il significato di “variabilità”, e questo punto sarà l’oggetto della prima parte della tesi. Nella seconda parte della tesi verrà delineato l’interesse pratico di queste considerazioni teoriche in farmacologia attraverso la breve discussione del problema in farmacocinetica (farmacocinetica di popolazione).
Infine, nell’ultima parte, i concetti introdotti verranno messi in pratica nella descrizione di un esperimento d’apprendimento animale molto usato in psicofarmacologia: l’evitamento attivo.