Livelli di spiegazione e modelli per l interazione

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1 Livelli di spiegazione e modelli per l interazione Corso di Interazione Naturale Prof. Giuseppe Boccignone Dipartimento di Informatica Università di Milano boccignone@di.unimi.it boccignone.di.unimi.it/in_2019.html Teorie naturali per l interazione naturale //spiegazione dei segnali sociali non verbali

2 Tecnologie per l interazione naturale //sensing, understanding, reacting Percezione dell utente (sensing the user) Percezione del contesto (sensing the context) Reazione Comprensione (understanding) Tecnologie per l interazione naturale //sensing, understanding, reacting

3 Tecnologie per l interazione naturale: //comunicazione non verbale: tassonomia (1) DeMeuse (1987) Tecnologie per l interazione naturale: //comunicazione non verbale: tassonomia (1) A. Vinciarelli, M. Pantic, H. Bourlard, Social Signal Processing: Survey of an Emerging Domain, Image and Vision Computing (2008)

4 Neuroscienze cognitive: background Intelligenza artificiale Linguistica Neuroscienze Scienze cognitive Filosofia della mente Antropologia Psicologia cognitiva Il livello di spiegazione psicologico Intelligenza artificiale Linguistica Neuroscienze Scienze cognitive Filosofia della mente Antropologia Psicologia cognitiva

5 Il livello di spiegazione psicologico Una definizione: La psicologia è lo studio degli eventi mentali (James, 1890) Classificazione degli eventi mentali: La triade di Hilgard Cognizione Emozione Motivazione Il livello di spiegazione psicologico Una definizione: La psicologia è lo studio degli eventi mentali (James, 1890) Distinguiamo due situazioni: Processo generativo: stati mentali /affettivi (X) generano dei segnali verbali / non verbali (Y) X Y Processo inferenziale: da eventi fisici osservabili (Y) si possono inferire stati mentali (X) X Y

6 Il livello di spiegazione psicologico X Y felicità è felice X Y X Il livello di spiegazione neurobiologico Intelligenza artificiale Linguistica Neuroscienze Scienze cognitive Filosofia della mente Antropologia Psicologia cognitiva

7 Il livello neurobiologico: il sistema nervoso Il livello neurobiologico: il sistema nervoso // SN somatico l sistema somatico controlla tutte le nostre attività volontarie e consce, le quali principalmente c o m p o r t a n o m o v i m e n t i (cammino, corsa, ecc).

8 Il livello neurobiologico: il sistema nervoso // SN autonomo Il sistema autonomo controlla tutte le funzioni del corpo che normalmente non sono sotto un controllo conscio, come il battito cardiaco, la respirazione, la digestione e così via, anche mentre siamo addormentati. questo sistema è composto fondamentalmente da due cordoni che corrono paralleli alla colonna vertebrale, collegati tramite una fitta rete di nervi con tutti gli organi del nostro corpo Il livello neurobiologico: il sistema nervoso // SN centrale: il cervello proencefalo mesencefalo romboencefalo

9 Il livello neurobiologico: il sistema nervoso // il cervello: architettura e funzioni Il livello neurobiologico: il sistema nervoso // il cervello: rappresentazione funzionale

10 Il livello neurobiologico: neuroni Sono i mattoni del sistema nervoso centrale, e in particolare del cervello Ne esistono di tipo differente, ma condividono elementi strutturali di base funzionalità Il livello neurobiologico: neuroni struttura

11 Il livello neurobiologico: neuroni soma o corpo cellulare: contiene il nucleo, con i cromosomi. Se il soma è sufficientemente eccitato dall informazione proveniente dai dendriti trasmette un segnale all assone dendrite: riceve informazione dai neuroni e la trasmette al corpo cellulare assone: trasmette l informazione dal soma alle sinapsi Il livello neurobiologico: neuroni che comunicano // Il potenziale d azione Potenziale d azione che si propaga lungo l assone assone

12 Il livello neurobiologico: neuroni che comunicano // Il potenziale d azione Registrazione del potenziale di membrana Il livello neurobiologico: neuroni che comunicano // Il potenziale d azione, e l effetto domino

13 Il livello neurobiologico: neuroni che comunicano // Il potenziale d azione Il livello neurobiologico: neuroni che comunicano // Il potenziale d azione, in sintesi assone

14 Il livello neurobiologico: neuroni che comunicano // Funzionamento delle sinapsi cosa succede alle sinapsi? Il livello neurobiologico: neuroni che comunicano // Funzionamento delle sinapsi terminale assonico pre-sinaptico vescicole sinaptiche che si muovono nel citoplasma neurotrasmettitori terminale dendritico post-sinaptico

15 Il livello neurobiologico: neuroni che comunicano Il livello neurobiologico: neuroni che comunicano // Eccitazione e inibizione eccitazione inibizione eccitazione & inibizione

16 Il livello neurobiologico: neuroni //un modello semplificato soma o corpo cellulare: contiene il nucleo, con i cromosomi. Se il soma è sufficientemente eccitato dall informazione proveniente dai dendriti trasmette un segnale all assone d e n d r i t e : r i c e v e i n f o r m a z i o n e d a i neuroni e la trasmette al corpo cellulare assone: trasmette l informazione dal soma alle sinapsi Il livello neurobiologico: neuroni //un modello semplificato soma o corpo cellulare: contiene il nucleo, con i cromosomi. Se il soma è sufficientemente eccitato dall informazione proveniente dai dendriti trasmette un segnale all assone d e n d r i t e : r i c e v e i n f o r m a z i o n e d a i neuroni e la trasmette al corpo cellulare assone: trasmette l informazione dal soma alle sinapsi

17 Il livello neurobiologico: neuroni //un modello semplificato soma o corpo cellulare: contiene il nucleo, con i cromosomi. Se il soma è sufficientemente eccitato dall informazione proveniente dai dendriti trasmette un segnale all assone d e n d r i t e : r i c e v e i n f o r m a z i o n e d a i neuroni e la trasmette al corpo cellulare assone: trasmette l informazione dal soma alle sinapsi Il livello neurobiologico: neuroni //un modello semplificato

18 L interazione fra i livelli: il problema mente/cervello Livello di spiegazione psicologico Livello di spiegazione neurobiologico Modelli nelle neuroscienze cognitive Modello stato mentale (nascosto) generazione inferenza comportamento non verbale (visibile)

19 Modelli nelle scienze cognitive e nella percezione //complessità e livelli di spiegazione Modelli nelle scienze cognitive //livelli di spiegazione

20 Modelli nelle scienze cognitive //livelli di spiegazione Qual è il goal della computazione? Livelli di spiegazione secondo Marr Quale rappresentazione e quale algoritmo? Come realizzarla fisicamente? Modelli nelle scienze cognitive //livelli di spiegazione Qual è il goal della computazione? Livelli di spiegazione secondo Marr Quale rappresentazione e quale algoritmo? Come realizzarla fisicamente?

21 Modelli nelle scienze cognitive //livelli di spiegazione Teoria computazionale Livelli di spiegazione secondo Marr Rappresentazione e algoritmo Implementazione hardware Modelli nelle scienze cognitive //livelli di spiegazione Qual è il goal della computazione? Livello psicologico Livelli di spiegazione secondo Marr Quale rappresentazione e quale algoritmo? Come realizzarla fisicamente? Livello neurofisiologico

22 Modelli nelle scienze cognitive //livelli di spiegazione Modello teorico Qual è il goal della computazione? Livello psicologico Simulazione Quale rappresentazione e quale algoritmo? Come realizzarla fisicamente? Livello neurofisiologico Modelli nelle scienze cognitive //livelli di spiegazione Teoria computazionale stato mentale (nascosto) generazione inferenza Rappresentazione e algoritmo comportamento non verbale (visibile) Implementazione hardware

23 Modelli nelle scienze cognitive //livelli di spiegazione Modelli probabilistici X Algoritmi di inferenza e learning Y Implementazione hardware