Argomenti Il neurocostruttivismo Lo sviluppo del cervello. Risposte alle questioni evolutive

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1 Lezione 9 neurocostruttivismo MODULO 3 Le teorie dell elaborazione delle informazioni 1. Il cognitivismo classico 2. L approccio innatistamodulare 3. L approccio connessionista 4. Il neurocostruttivismo Argomenti Il neurocostruttivismo Lo sviluppo del cervello Plasticità neurale Specializzazione cerebrale e modularizzazione Risposte alle questioni evolutive L epigenesi probabilistica Il significato del termine innato Il significato di dominio-specifico Lo sviluppo come processo continuo

2 Il neurocostruttivismo Vincolare lo studio dello sviluppo della cognizione allo studio dello sviluppo delle strutture neurali che la supportano Lo sviluppo cognitivo Acquisizione di rappresentazioni mentali sul mondo Connessionismo La conoscenza è rappresentata nel cervello in modo distribuito Le rappresentazioni mentali sono configurazioni di attivazioni neurali Spiegare lo sviluppo cognitivo In che modo i substrati neurali che sottendono le nostre rappresentazioni mentali prendono forma nel corso dello sviluppo?

3 Consistenza tra i livelli Non si tratta di riduzionismo In quanto lo sviluppo delle strutture neurali è influenzato dal loro funzionamento e dall esperienza Il problema è quello di trovare spiegazioni che siano consistenti tra i diversi livelli di analisi Cognitivo Neurale

4 Lo sviluppo come processo proattivo Epigenesi probabilistica l informazione emerge attraverso l interazione tra i geni e l ambiente Processi interattivi che conducono all emergere di nuove strutture Natura attiva del processo di sviluppo Neurocostruttivismo Lo sviluppo ontogenetico è inteso come processo proattivo o activity-dependent Si tratta di un processo attivo e costruttivo attraverso il quale i geni interagiscono con l ambiente a vari livelli, incluso quello esterno all individuo, per produrre strutture biologiche caratterizzate da un livello di complessità e differenziazione maggiore rispetto a quello presente negli stati precedenti

5 Natura activity-dependent dello sviluppo Natura activity-dependent dello sviluppo Il cervello e il sistema cognitivo che esso supporta si modificano grazie al proprio stesso funzionamento Il bambino fin dalle prime fasi seleziona alcune informazioni nell ambiente In questo modo diventa agente attivo nel processo di specializzazione neurale e funzionale Karmiloff-Smith (1992) conciliare Piaget e l innatismo modulare

6 Il concetto di funzionamento parziale Diverse regioni della corteccia non passano improvvisamente da una fase silente a una fase nella quale sono funzionanti bensì attraversano infinite fasi di transizione I limiti nell acuità visiva e nel controllo motorio nella prima infanzia Indirizzano l esplorazione verso particolari oggetti Facilitano l integrazione sensoriale Le limitazioni dovute agli organi sensoriali sono vantaggiose Il corpo agisce da filtro (embodiment) Less is more (Elman, connessionismo)

7 Cosa possiamo imparare dallo sviluppo del cervello? Sviluppo del cervello Lentezza maggiore nella specie umana Maggiore possibilità di modificazioni in base all esperienza L esistenza di periodi di immaturità prolungati ha due conseguenze: Rende la specie umana più aperta all influenza ambientale Consente di raggiungere un maggiore volume cerebrale (in particolare, corteccia prefrontale: pianificazione ed esecuzione di sequenze complesse)

8 sviluppo del cervello: aumento del volume

9 sviluppo del cervello: aumento del peso

10 sviluppo del cervello: aumento densità connessioni

11 sviluppo del cervello Sviluppo cerebrale Sovrapproduzione decadimento (potatura/pruning) delle sinapsi

12 sviluppo del cervello

13 Cosa possiamo imparare dallo sviluppo del cervello? Sovrapproduzione e decadimento delle sinapsi prima nella corteccia visiva e uditiva Poi in quella associativa (aree del linguaggio) Quindi nella corteccia prefrontale In tal modo l esperienza plasma lo sviluppo cerebrale La specializzazione come conseguenza del decadimento sinaptico

14 Selezionismo Perdita selettiva di connessioni ridondanti Le connessioni meno attivate si indeboliscono Le connessioni maggiormente attivate si rafforzano Le connessioni che si rafforzano Formazioni di circuiti neurali incapsulati e specializzati per l elaborazione di specifiche informazioni

15 Specializzazione cerebrale Lo sviluppo del cervello umano Crescente specializzazione delle strutture e delle funzioni Come emerge la specializzazione nel corso dello sviluppo? Tramite un processo di selezione analogo a quello ipotizzato da Darwin (selezionismo) Perdita selettiva di connessioni ridondanti Segregazione delle connessioni più utilizzate (specializzazione interattiva)

16 Specializzazione cerebrale La segregazione dei circuiti neurali e il loro graduale incapsulamento va di pari passo con una crescente specializzazione funzionale di tali circuiti, che vengono progressivamente selezionati per eseguire differenti computazioni dominio-specifiche

17 Specializzazione neurocognitiva e modularizzazione Specializzazione del cervello nell adulto A specifiche aree sono associate specifiche funzioni Selettività della risposta: un area risponde a una specifica categoria di stimoli Come emerge la specializzazione? Due ipotesi (1) Fattori intrinseci: esistenza di una «protomappa» (epigenesi predeterminata) (2) Esistenza di una «protocorteccia» indifferenziata che si differenzia in base agli input che riceve (neurocostruttivismo) (specializzazione interattiva, Johnson)

18 specializzazione interattiva (Johnson) Durante lo sviluppo alcune regioni della corteccia si modificano in funzione di Alcuni vincoli iniziali (predisposizioni a prestare attenzione a particolari classi di input) Interazioni di natura competitiva con altre aree In tal modo differenti circuiti vengono selezionati per computazioni dominiospecifiche Esempio: volto umano Specifiche aree aumentano la selettività per specifiche informazioni L estensione delle aree di tessuto coinvolte in uno specifico compito si riduce (localizzazione)

19 Modularizzazione Fodor (1983): Organizzazione modulare della mente Karmiloff-Smith (1992): modularizzazione i moduli sono un prodotto dello sviluppo

20 Modularizzazione A sostegno di una visione epigenetica della specializzazione cerebrale La capacità di integrazione crossmodale si riduce (incapsulamento dei circuiti cerebrali) Le aree che si attivano in risposta a specifiche classi di input nei bambini sono in genere più estese delle corrispondenti aree negli adulti È possibile rilevare modificazioni nelle configurazioni di risposta di specifiche aree della corteccia nel corso dello sviluppo Esempio: la percezione del volto umano Esempio: sviluppo del linguaggio

21 Sintonizzazione percettiva La capacità di discriminazione si sintonizza sulle informazioni più frequentemente esperite Decremento delle capacità di discriminazione degli stimoli esperiti con meno frequenza Discriminazione fonemi Fino a sei mesi: tutte le lingue Tra i 10 e i 12 mesi: solo la lingua madre

22 Sintonizzazione percettiva Discriminazione volti umani A sei mesi discriminano ugualmente i volti umani e i volti di scimmia A 9 mesi discriminano solo i volti umani A 9 mesi manifestano una vantaggio nella discriminazione di volti della propria razza

23 Il ruolo dell esperienza nell ontogenesi delle funzioni cognitive Tre tipologie di processi experience-independent Basati prevalentemente su informazioni genetiche experience-dependent Basati su esperienze individuali Ottimizzare l adattamento del singolo individuo Apprendimento experience-expectant Basati su esperienze tipiche della specie Esposizione in particolari finestre temporali ad aspetti specifici tipici dell ambiente della specie

24 Il ruolo dell esperienza nell ontogenesi delle funzioni cognitive experience-dependent Esempio: preferenza a 3-4 mesi per volti maschili se allevati da maschi e viceversa (Quin et al. 2002)

25 Il ruolo dell esperienza nell ontogenesi delle funzioni cognitive experience-expectant: discriminare volti di scimmia (presente a 6 mesi e assente a 9) discriminare variazioni fonetiche non presenti nella propria lingua.

26 La plasticità neurale: dal concetto di periodo critico a quello di periodo sensibile Periodo critico Finestre temporali, rigidamente definite nel corso dello sviluppo, durante le quali una specifica esperienza deve avvenire perché una funzione si sviluppi in modo normale Funzione visiva: strabismo Mancanza di una corretta stimolazione visiva a entrambi gli occhi Problemi nella percezione binoculare di profondità Imprinting filiale

27 La plasticità neurale: dal concetto di periodo critico a quello di periodo sensibile Periodo sensibile momenti nel corso dello sviluppo durante i quali l organismo è particolarmente sensibile a specifiche esperienze, senza escludere che queste esperienze possano esercitare la loro influenza in epoche successive Bambini con cataratta bilaterale congenita Deprivazione visiva nei primi mesi In parte recuperano ma risultano deficitari in alcuni aspetti

28 Il concetto di vincolo sullo sviluppo Predisposizioni dominio-generali che, interagendo con l ambiente tipico della specie attraverso relazioni bidirezionali, producono l emergere di rappresentazioni dominio-specifiche Presenza di vincoli o predisposizioni che guidano e facilitano lo sviluppo della conoscenza, incanalandolo verso particolari direzioni

29 Il concetto di vincolo sullo sviluppo Lo sviluppo cognitivo è caratterizzato da trasformazioni qualitative che avvengono in accordo con dei vincoli prespecificati I vincoli Sono predisposizioni attentive innate che vincolano lo sviluppo, poiché dirigono e incanalano l attenzione del bambino verso alcune particolari categorie di input ambientali Facilitano l apprendimento circoscrivendo i tipi di informazione a cui prestare maggiore attenzione Esempio: preferenza per lo schema del volto umano

30 Il nuovo significato del termine innato Innato non significa Immutabile presente alla nascita necessariamente specifico Le predisposizioni innate possono manifestarsi a tre distinti livelli Architettura neurale Variabili spazio-temporali Rappresentazionale

31 Il nuovo significato del termine innato (1) Architettura neurale es via del what (ventrale) e del where (dorsale) (2) Variabili spazio-temporali es specializzazione emisfero sinistro per il linguaggio (3) Rappresentazionale a livello di configurazioni di connessioni sinaptiche (improbabile) E la dinamica stessa dello sviluppo a svolgere un ruolo cruciale nel plasmare lo sviluppo

32 Il nuovo significato del termine dominio-specifico Ipotizzare che un processo sia dominio-specifico non implica assumere che sia innato La specificità di dominio può riguardare due livelli: rappresentazioni Circuiti neurali specializzati per particolari categorie di informazioni processi

33 Il nuovo significato del termine dominio-specifico Modello della ridescrizione rappresentazionale (RR) La mente può ridisegnare in formati sempre nuovi le rappresentazioni che già possiede Crescente esplicitazione Crescente automatizzazione Es. suonare il pianoforte Rappresentazioni: Procedurali -> esplicite

34 Lo sviluppo come processo continuo Cosa cambia? il formato delle rappresentazioni Tre fasi: padronanza comportamentale curva ad U conoscenza esplicita.

35 Lo sviluppo come processo continuo Esperimento di Karmiloff-Smith (1984), con bambini tra i 4 e i 9 anni: appoggiare blocchetti su un supporto metallico in modo da tenerli in equilibrio Tre fasi I fase: 4 anni retroazione propriocettiva II fase: 6 anni teoria in atto II fase: 8-9 anni conoscenza esplicita del centro geometrico Questione del rapporto tra prestazione e competenza

36 La plasticità neurale: fenomeno dell arto fantasma Plasticità È la capacità di riorganizzarsi in funzione delle molteplici condizioni ambientali Risulta maggiore in età precoce La plasticità caratterizza anche il cervello dell adulto Plasticità crossmodale in individui ai quali è stato amputato un arto in età avanzata Riorganizzazione delle connessioni presenti prima dell attivazione

37 La plasticità neurale: fenomeno dell arto fantasma Fenomeno dell arto fantasma Una stimolazione del volto produce la percezione di una stimolazione dell arto (mancante) I musicisti di strumenti a corda hanno una rappresentazione delle dita nella corteccia motoria e somatosensoriale molto più estesa del normale

38 Il come delle sviluppo: Epigenesi probabilistica Il cervello e i processi cognitivi che esso supporta si modificano nel tempo attraverso una continua interazione tra i fattori biologici, molecolari e genetici da un lato e i fattori ambientali dall altro Queste interazioni tra i geni, le strutture, le funzioni e l ambiente sono sempre bidirezionali e dinamiche Esempio: errore A non B Tre interpretazioni

39 Il come delle sviluppo: Epigenesi probabilistica Il concetto di auto-organizzazione (es. alveare) Lo sviluppo come progressivo restringimento dei gradi di libertà Il paesaggio epigenetico di Waddington

40 CONCETTI DEL NEUROCOSTRUTTIVISMO Natura activity-dependent dello sviluppo Embodiment Modularizzazione (Karmiloff-Smith) Specializzazione interattiva (Mark Johnson)

41 CONCETTI DEL NEUROCOSTRUTTIVISMO Il ruolo dell esperienza nell ontogenesi Processi experience-independent Processi experience-dependent Processi experience-expectant

42 CONCETTI DEL NEUROCOSTRUTTIVISMO Vincoli (predisposizioni) sullo sviluppo Influenze innate a tre livelli Architettura neurale Variabili spazio-temporali Rappresentazionale

43 CONCETTI DEL NEUROCOSTRUTTIVISMO Il modello della ridescrizione rappresentazionale (RR)

44 CONCETTI DEL NEUROCOSTRUTTIVISMO Lo sviluppo come restringimento dei gradi di libertà