Tutti sanno che la distanza più breve tra due punti è una linea retta. Tuttavia, quando cammini lungo le strade della città, una linea retta potrebbe non essere possibile. Come decidi da che parte andare?

Un nuovo studio del MIT suggerisce che i nostri cervelli in realtà non sono ottimizzati per calcolare il cosiddetto "percorso più breve" durante la navigazione a piedi. Sulla base di un set di dati di oltre 14.000 persone che svolgono la loro vita quotidiana, il team del MIT ha scoperto che invece i pedoni sembrano scegliere percorsi che sembrano puntare più direttamente verso la loro destinazione, anche se quei percorsi finiscono per essere più lunghi. Lo chiamano il "percorso più appuntito".

Questa strategia, nota come navigazione basata su vettori, è stata osservata anche negli studi sugli animali, dagli insetti ai primati. Il team del MIT suggerisce che la navigazione basata su vettori, che richiede meno capacità intellettuali rispetto a calcolare effettivamente il percorso più breve, potrebbe essersi evoluta per consentire al cervello di dedicare più energia ad altri compiti.

"Sembra esserci un compromesso che consente alla potenza di calcolo nel nostro cervello di essere utilizzata per altre cose:30.000 anni fa, per evitare un leone, o ora, per evitare un pericoloso SUV", afferma Carlo Ratti, professore di tecnologie urbane in Dipartimento di studi urbani e pianificazione del MIT e direttore del Senseable City Laboratory. "La navigazione basata su vettori non produce il percorso più breve, ma è abbastanza vicino al percorso più breve ed è molto semplice calcolarlo."

Ratti è l'autore senior dello studio, che appare oggi in Nature Computational Science . Christian Bongiorno, professore associato all'Université Paris-Saclay e membro del Senseable City Laboratory del MIT, è l'autore principale dello studio. Joshua Tenenbaum, professore di scienze cognitive computazionali al MIT e membro del Center for Brains, Minds, and Machines e Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL), è anche un autore dell'articolo. Una versione preliminare di questo studio è stata pubblicata su arXiv.org all'inizio di quest'anno.

Navigazione vettoriale

Vent'anni fa, mentre era uno studente laureato all'Università di Cambridge, Ratti percorreva il percorso tra il suo college residenziale e il suo ufficio dipartimentale quasi ogni giorno. Un giorno si rese conto che in realtà stava prendendo due strade diverse:una per andare in ufficio e una leggermente diversa per tornare.

"Sicuramente un percorso era più efficiente dell'altro, ma ero arrivato ad adattarne due, uno per ciascuna direzione", dice Ratti. "Ero costantemente incoerente, una piccola ma frustrante realizzazione per uno studente che dedica la sua vita al pensiero razionale."

Al Senseable City Laboratory, uno degli interessi di ricerca di Ratti è l'utilizzo di grandi set di dati provenienti da dispositivi mobili per studiare come si comportano le persone negli ambienti urbani. Diversi anni fa, il laboratorio ha acquisito un set di dati di segnali GPS anonimi dai telefoni cellulari dei pedoni mentre attraversavano Boston e Cambridge, nel Massachusetts, per un periodo di un anno. Ratti pensava che questi dati, che includevano più di 550.000 percorsi percorsi da più di 14.000 persone, potessero aiutare a rispondere alla domanda su come le persone scelgono i loro percorsi quando navigano a piedi in una città.

L'analisi dei dati da parte del team di ricerca ha mostrato che invece di scegliere i percorsi più brevi, i pedoni hanno scelto percorsi leggermente più lunghi ma hanno ridotto al minimo la loro deviazione angolare dalla destinazione. Cioè, scelgono percorsi che consentano loro di affrontare più direttamente il loro punto finale all'inizio del percorso, anche se un percorso iniziato dirigendosi più a sinistra oa destra potrebbe effettivamente finire per essere più breve.

"Invece di calcolare le distanze minime, abbiamo scoperto che il modello più predittivo non era quello che trovava il percorso più breve, ma invece quello che cercava di ridurre al minimo lo spostamento angolare, puntando il più possibile direttamente verso la destinazione, anche se viaggiare ad angoli più grandi avrebbe effettivamente essere più efficienti", afferma Paolo Santi, uno dei principali ricercatori del Senseable City Lab e del Consiglio Nazionale delle Ricerche, e corrispondente autore dell'articolo. "Abbiamo proposto di chiamare questo il percorso più appuntito."

Questo era vero per i pedoni a Boston e Cambridge, che hanno una rete contorta di strade, ea San Francisco, che ha un layout stradale a griglia. In entrambe le città, i ricercatori hanno anche osservato che le persone tendevano a scegliere percorsi diversi quando facevano un viaggio di andata e ritorno tra due destinazioni, proprio come faceva Ratti ai tempi della scuola di specializzazione.

"Quando prendiamo decisioni in base all'angolo rispetto alla destinazione, la rete stradale ti condurrà su un percorso asimmetrico", afferma Ratti. "Sulla base di migliaia di camminatori, è molto chiaro che non sono l'unico:gli esseri umani non sono navigatori ottimali."

Muoversi nel mondo

Studi sul comportamento animale e sull'attività cerebrale, in particolare nell'ippocampo, hanno anche suggerito che le strategie di navigazione del cervello si basano sul calcolo dei vettori. Questo tipo di navigazione è molto diverso dagli algoritmi informatici utilizzati dal tuo smartphone o dispositivo GPS, che possono calcolare il percorso più breve tra due punti qualsiasi in modo quasi impeccabile, sulla base delle mappe memorizzate nella loro memoria.

Senza l'accesso a questo tipo di mappe, il cervello degli animali ha dovuto escogitare strategie alternative per navigare tra le località, afferma Tenenbaum.

"Non puoi scaricare nel cervello una mappa dettagliata basata sulla distanza, quindi in quale altro modo lo farai? La cosa più naturale potrebbe essere utilizzare le informazioni che sono più disponibili per noi dalla nostra esperienza", afferma. "Pensare in termini di punti di riferimento, punti di riferimento e angoli è un modo molto naturale per costruire algoritmi per la mappatura e la navigazione nello spazio in base a ciò che si impara dalla propria esperienza di spostamento nel mondo."

"Poiché smartphone ed elettronica portatile accoppiano sempre più intelligenza umana e artificiale, sta diventando sempre più importante comprendere meglio i meccanismi computazionali utilizzati dal nostro cervello e come si relazionano con quelli utilizzati dalle macchine", afferma Ratti.