Astrazione e modelli simbolici del cervello

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Cinzia Valle
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1 Astrazione e modelli simbolici del cervello

2 IA e studio dei processi mentali umani

6 Astrazione e simboli IA: intelligenza e cognizione come manipolazione algoritmica di simboli Ricerche euristiche in alberi di decisione Ipotesi del sistema di simboli fisico (Newell e Simon)

7 Simboli e spiegazione In che senso un sistema biologico può istanziare un meccanismo di manipolazione simbolica in alberi di decisione? Importante rispondere a questa domanda se riteniamo che le teorie simboliche siano esplicative ( problema filosofico della spiegazione scientifica) Altro modo di porre il problema: rapporto tra teorie simboliche e teorie neuroscientifiche Caso di studio: memoria spaziale nei ratti (teorie simboliche e teorie neuroscientifiche)

8 Un tema di ricerca classico nelle scienze cognitive Tolman 1948: cognitive maps in rats and men We believe that in the course of learning something like a field map of the environment gets established in the rat's brain. We agree with the other school that the rat in running a maze is exposed to stimuli and is finally led as a result of these stimuli to the responses which actually occur. We feel, however, that the intervening brain processes are more complicated, more patterned and often, pragmatically speaking, more autonomous than do the stimulus-response psychologists

9 L ippocampo del ratto

10 L ippocampo del ratto

11 La scoperta delle place cells O Keefe e Dostrovsky, 1971

12 La scoperta delle place cells O Keefe e Dostrovsky, 1971 Correlazione tra attività delle cellule place e posizione del ratto nello spazio

13 Wilson, McNaughton 1993, Science Ensemble recordings of 73 to 148 rat hippocampal neurons were used to predict accurately the animals' movement through their environment, which confirms that the hippocampus transmits an ensemble code for location.

14 Rappresentazioni interne e cervello Ippocampo come sede della memoria spaziale dei ratti? Ippocampo come componente di un sistema fisico di manipolazione di simboli?

stato: P_DESTINAZIONE_X, P_DESTINAZIONE_Y, P_CORRENTE_X, P_CORRENTE_Y, ANGOLO

15 Decisione del prossimo passo verso la destinazione: ipotesi simbolica Capacità di memorizzare il punto di destinazione e di calcolare l angolo di sterzata Variabili di stato: P_DESTINAZIONE_X, P_DESTINAZIONE_Y, P_CORRENTE_X, P_CORRENTE_Y, ANGOLO POSIZIONE_DESTINAZIONE_Y POSIZIONE_CORRENTE_Y ANGOLO cos(angolo) sin(angolo) POSIZIONE_CORRENTE_X POSIZIONE_DESTINAZIONE_x

16 Decisione del prossimo passo verso la destinazione: ipotesi simbolica Finché P_CORRENTE_X = P_DESTINAZIONE_X e P_CORRENTE_Y = P_DESTINAZIONE_Y P_CORRENTE_X = OttieniPosizioneCorrenteX P_CORRENTE_Y = OttieniPosizioneCorrenteY ANGOLO = CalcolaAngolo(P_CORRENTE_X, P_CORRENTE_Y, P_DESTINAZIONE_X, P_DESTINAZIONE_Y) SterzaAngolo(ANGOLO) FaiUnPasso

17 Traduzione simbolico neurale? Quali affermazioni sul sistema nervoso dell animale esprimiamo quando affermiamo, per esempio, che P_DESTINAZIONE_X = 5 oppure che il ratto possiede una certa capacità di calcolo (es: calcolare una differenza)? il modo in cui è fatto il sistema nervoso dell animale dovrebbe vincolare la formulazione del meccanismo di manipolazione algoritmica di rappresentazioni

18 Decisione del prossimo passo verso la destinazione: ipotesi neurale Meccanismo ad ascesa di gradiente

19 Decisione del prossimo passo verso la destinazione: ipotesi neurale (connettività completa) cellule place cellule goal

20 Decisione del prossimo passo verso la destinazione: ipotesi neurale posizione marcata come goal (connettività completa) cellula goal attiva cellule place cellule goal

21 Decisione del prossimo passo verso la destinazione: ipotesi neurale posizione vicina al goal (connettività completa) cellula goal meno attiva cellule place cellule goal

22 Decisione del prossimo passo verso la destinazione: ipotesi neurale Tornare alla posizione goal = tornare alla posizione in cui l attività della cellula goal è massima

23 Ipotesi neurale e simbolica a confronto Quali affermazioni sul sistema nervoso dell animale esprimiamo quando affermiamo, per esempio, che P_DESTINAZIONE_X = 5 Intuitivamente: P_DESTINAZIONE_X = 5 se e solo se un certo insieme di cellule place è attivo Ma l insieme di cellule place attive a una data posizione cambia ( place remapping ) quando cambiano elementi salienti dell ambiente quando l ambiente viene scalato in una direzione dopo che il ratto è stato prelevato e tenuto, per qualche tempo, in un altro ambiente

24 Ipotesi neurale e simbolica a confronto Quali affermazioni sul sistema nervoso dell animale esprimiamo quando affermiamo, per esempio, che P_DESTINAZIONE_X = 5 Place remapping: non corrisponde a un insieme univoco di place cells attive! Non riducibilità 1:1 delle affermazioni formulate in vocabolario simbolico in affermazioni formulate in vocabolario neuroscientifico!

25 Ipotesi neurale e simbolica a confronto Autonomia delle teorie simboliche rispetto alle teorie neuroscientifiche (sulla memoria spaziale del ratto)? ma allora in che senso le scoperte neuroscientifiche possono vincolare la formulazione di teorie simboliche? Potere esplicativo delle teorie simboliche vs. teorie neuroscientifiche?

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