I modelli computazionali (MC) e le neuroscienze cognitive

I modelli computazionali (MC) e le neuroscienze cognitive Corso di Neuroscienze Cognitive Laurea Specialistica in Psicologia Clinica, dello Sviluppo e Neuropiscologia AA 2009-2010 Davide Crepaldi Dipartimento di Psicologia, Università di Milano-Bicocca

Note organizzative Alessandra Caporali, Maria Vittoria Meraviglia, Davide Crepaldi 5 ore a settimana per 8 settimane (no dopo Pasqua) 24 ore di lavoro addizionali (8 CFU = 64 ore) 70% presenze 3 moduli indipendenti Approvato/non approvato Iscrizione sul SIFA, 1 apr-10 apr davide.crepaldi1@unimib.it

Lezione 1: outline i. Un po di filosofia: i. Mente e cervello ii. Il cervello è un sistema fisico? iii. La mente è un sistema fisico? iv. Il mapping mente-cervello ii. Un po di storia: i. Scienze della computazione ii. Psicologia

i.i Mente e cervello MENTE SOFTWARE CERVELLO HARDWARE

i.i Mente e cervello Input Output Decidere se un numero è pari o dispari Function PariDispari (a) Set a As Integer b =resto( a /2) If b =0 Then Write Pari Else Write Dispari

i.i Mente e cervello MENTE Modello Computazionale CERVELLO Esempio

i.i Esempio Decidere se un numero è pari o dispari Function PariDispari (a) Set a As Integer b =resto( a /2) If b =0 Then Write Pari Else Write Dispari Decidere se un numero è un multiplo esatto di 1324,776 Function PariDispari (a) Set a As Integer b =resto( a /1324,776) If b =0 Then Write Multiplo esatto Else Write Non multiplo esatto

i.ii. Sistemi fisici e sistemi concettuali The universe is comprised of physical systems which are comprised of objects (which in turn are comprised of systems, ad infinitum). However, the appearance of objects and all possible experiences and observations, is a result of consciousness. The human world is overrun with physical objects and concepts. One might not even be able to tell the difference between them. A rainbow might be thought of as a physical object, but it can not be touched. If one goes closer to it, it just seems to get farther away or disappears. The image of a rainbow is a mental phenomenon, like the illusion of water in a desert (a mirage). A rainbow itself is not a physical object, but there is a physical aspect to it. It is a physical system consisting of rays of light passing though many drops of water which are suspended in air. The American Heritage dictionary defines a system as: a group of interacting, interrelated, or interdependent elements forming a complex whole (system). A physical system (PS) is comprised of matter and energy. The objects of a PS can be observed or experienced. A conceptual system (CS) is comprised of ideas or theories. The elements of a CS only exist in one s mind or by virtue of the CS itself. For instance, one does not have to mentally calculate every possible outcome of the equation x-x to know that x-x=0 is always true; it is simply a fact by virtue of the system s rules.

i.ii. Il cervello è un sistema fisico? SISTEMA FISICO: sistema in cui la materia si comporta secondo le stesse leggi degli altri sistemi fisici. I neuroni e il loro comportamento sono stati descritti con successo da modelli fisici Anche comportamenti semplici sono stati descritti con successo da modelli fisici (ad es. I riflessi) Esempio Esempio

i.iii. La mente è un sistema fisico? COS E LA MENTE?

i.iii. La mente è un sistema fisico? Un bit è l'unità di misura dell'informazione (dall'inglese "binary unit"), definita come la quantità minima di informazione che serve a discernere tra due possibili alternative equiprobabili.

i.iii. La mente è un sistema fisico? Il bassorilievo è fatto di granito? Se non ci fosse il granito, ci sarebbe il bassorilievo? Il bassorilievo è semplicemente granito? Le proprietà del granito influenzano le proprietà del bassorilievo? Il bassorilievo può essere riprodotto con un altro materiale? Se io rompo il granito, rompo anche il bassorilievo?

i.iii. La mente è un sistema fisico? 1.Gli elementi del modello non hanno massa nè estensione 2.Non esiste uno strumento che permetta di visualizzarli e/o 3.La manipolarli mente esplica funzioni che nessun sistema fisico conosciuto esplica La mente non è mai stata descritta tramite modelli fisici

i.iii. La mente è un sistema fisico? La mente è un sistema che riceve, computa e produce informazioni Non è il suo substrato, ma vi intrattiene una relazione del tutto peculiare (es. bassorilievo) Tale relazione NON è esclusiva, in via di principio Il suo elemento base è il bit di informazione le cui proprietà NON sono le stesse dei sistemi fisici conosciuti CAVEAT Approccio di ricerca, non contenuto di ricerca Il sistema non può essere osservato (e tantomeno misurato)

i.iv. Il mapping mente-cervello Pochissimi studi Nessuna teoria strutturale Poeppel & Embick (2005)

ii.i. La computazione MC = intelligenza artificiale. Concetti/strumenti cruciali: Algoritmo Macchina di Babbage e macchina di Turing Computer (Z-3, ENIAC) Feed-back/servomeccanismo Salto condizionato A B C E F

ii.i. Feedback e salto condizionato Servomeccanismo Input Output Output desiderato Salto condizionato ƒ C =K(O D -O O ) If Then Else

ii.ii. La psicologia Psicologia della gestalt: questo approccio non è molto simulation-friendly dato che non spezza i macroprocessi in microprocessi e quindi non lavora sul rapporto tra strutture dello stesso livello concependo questo passaggio come cruciale per la costruzione di strutture di livello superiore. Comportamentismo: l organismo è una scatola nera di cui non possiamo in alcun modo esplorare l interno HIP: Modelli box&arrows Problema dei limiti alla capacità di elaborazione Parallelismo esplicito uomo/computer Concetto di modulo Modelli a rete

Take-home message La psicologia e la scienza della computazione sono pronte per l incontro Il cervello è un sistema fisico La mente è un sistema non fisico che risponde a leggi e logiche definite dalla scienza della computazione Non abbiamo nessuna teoria strutturale del mappaggio mente-cervello Tuttavia i MC (quando usati per scopi conoscitivi) devono tenere conto dell implementabilità nel cervello