Sincronicità: un paradigma per la mente

Riflessioni sull'intelligenza artificiale - Oscar Bettelli

04) La formalizzazione

Sono stati scritti programmi che giocano a scacchi egregiamente.
Il campo di azione è stato limitato ad una scacchiera con pezzi che si muovono con precise regole ben definite. Lo scopo del gioco è chiaro e un programma sofisticato è in grado di simulare questa capacità della mente. Analogamente in molti settori è possibile affrontare l'arduo compito di emulare il comportamento del cervello.
Studi linguistici e psicologici forniscono le basi per la costruzione di algoritmi che simulano particolari caratteristiche del comportamento umano e in generale delineano i criteri probabilmente utilizzati dal pensiero logico deduttivo.
La capacità di memorizzare informazioni è ottenibile utilizzando un supporto magnetico.
Il cervello utilizza un metodo completamente diverso ma ciò non inficia la possibilità di simulare la memoria. Il cervello funziona come un tutto ma sono individuabili strati gerarchici successivi e connessioni rientranti.
Un computer è strutturato per funzionare sequenzialmente ma può essere reso modulare, possono essere collegati più microprocessori in parallelo e possono essere simulati elementi in rete tipo le reti neurali.
Anche se le modalità di funzionamento sono diverse, in linea di principio, una volta simulate le funzionalità base è possibile costruire analogie di funzionamento che creano un parallelismo tra cervello e calcolatore.

Astrazione, apprendimento, riconoscimento, coordinazione

sono tutte funzioni che delimitano promettenti aree di ricerca.

Sottostante a queste diverse funzionalità esiste un problema comune: la rappresentazione delle informazioni. La rappresentazione delle informazioni è un aspetto cruciale e si presenta in maniere diverse dipendentemente dal problema in esame. A livello di microprocessore le informazioni sono rappresentate da successioni ordinate di bit e questo è un primo limite che la tecnologia del computer impone. Il computer manipola stringhe di bit il cervello potenziali elettrici tra sinapsi neuroniche: la differenza è notevole. In ogni caso le varie funzionalità concernono le informazioni astratte rappresentate e pertanto quando si ottiene un comportamento del computer simile a quello umano si può dire di aver colto un aspetto significativo caratterizzante il processo che si sta studiando.

È veramente sorprendente la versatilità e

la potenzialità di un calcolatore elettronico.

La complessità dell'applicazione si rispecchia nella complessità della rappresentazione utilizzata ma con stringhe di bit si può rappresentare informazioni di notevole complessità. La struttura utilizzata assorbe in se stessa la natura del problema, per cui è estremamente difficoltoso separare il problema dalla rappresentazione delle informazioni. Il linguaggio naturale fornisce una prima fondamentale codifica delle informazioni. Rappresentare parole del linguaggio con stringhe di bit è una delle prime applicazioni che consente il colloquio tra computer ed esseri umani. Ma in questa codifica si perde la semantica del le parole. Per il sistema nervoso centrale una parola è rappresentata da scariche neuronali che coinvolgono molteplici connessioni, per un computer una parola è semplicemente una stringa di bit.

La differenza è notevole.

La costruzione di intricati collegamenti tra le parole è un argomento tipico nella tecnologia dei data base. Solitamente si definiscono delle classi di parole collegate ad altre classi con puntatori; nonostante costruzioni estremamente sofisticate la complessità tipica delle connessioni cerebrali non è nemmeno sfiorata.
Le tecniche di disegno dei data base sono estremamente importanti per la soluzione di problemi di intelligenza artificiale ed è una via interessante per affrontare il problema della semantica. Il significato di una parola verrebbe colto tramite una complessa ramificazione di collegamenti con altre parole.
Nonostante queste osservazioni il computer si destreggia egregiamente con la sintassi ma non riesce a risolvere pienamente il problema della semantica.
Lo schema input - elaborazione - output è il principale metodo di funzionamento di un computer, ma mentre il calcolatore è completamente succube ai dati di input un essere umano manifesta una maggiore elasticità. Un essere umano è in grado di rispondere in maniera diversa a fronte di uno stesso input.
Mentre un computer ripropone le stesse reazioni a seguito di una parola in ingresso, un essere umano può rispondere, e spesso lo fa, in maniera diversa. L'output dipende anche da stati interni che coinvolgono un processo che si dipana nel tempo in maniera continua.
È possibile simulare questo comportamento ipotizzando un processo interno che si svolga con continuità e che consenta di modificare il comportamento sulla base dello stato corrente ad un determinato momento.
Un essere umano può produrre autonomamente un discorso articolato, un computer si trova in netta difficoltà a riprodurre un simile comportamento, non tanto per la mole del discorso prodotto, quanto al significato, soprattutto se il corso del discorso procede in maniera imprevedibile e non programmata a priori.

L'evoluzione dei computer segue un ritmo notevole.

In pochi anni dalla sua nascita il computer ha compiuto passi da gigante.
La tecnologia ha ridotto le dimensioni, velocizzato e potenziato i microprocessori e software innovativo ha fatto la comparsa sulla scena. Il cervello ha dovuto attendere milioni di anni per poter raggiungere le prestazioni che oggi conosciamo.
L'evoluzione naturale ha seguito delle linee preferenziali, sarebbe interessante conoscere i meccanismi base che hanno prodotto un oggetto così complesso come il cervello: su che base certe funzioni sono state selezionate rispetto al loro formarsi in embrione.

Sono le stesse leggi che governeranno e determineranno

le prestazioni dei computer del futuro?

Le leggi di mercato e la competizione tra fornitori determinano delle linee di sviluppo che a prima vista sono decisamente diverse da quelle che si sono storicamente verificate in natura. Verosimilmente entro pochi decenni la potenza di calcolo dei computer sarà tale da poter affrontare compiti estremamente complessi.
Ci sono prestazioni che sono più adatte a un computer rispetto ad altre. Probabilmente questa predisposizione del computer per il calcolo porterà ad applicazioni estremamente diverse da quello che solitamente si ritiene possa essere eseguito dal cervello; nonostante ciò molte funzionalità tipiche del cervello saranno simulate a calcolatore.
Una delle strade più battute dai ricercatori di intelligenza artificiale consiste nell'ideare algoritmi che manifestino la capacità di apprendere. Occorre definire cosa si intende per apprendimento: in effetti il campo di indagine è vastissimo.
Un primo rudimentale apprendimento lo si ottiene direttamente dalla memorizzazione dell'informazione. Apprendere dall'esperienza però fa riferimento a qualcosa di più complesso della semplice registrazione dell'informazione nuova.
Un tipico esempio è la rete neurale che impara ad eseguire un certo compito sulla base di ripetuti tentativi. Un altro esempio sono gli algoritmi genetici che imparano dall'esperienza trovando la soluzione per selezione di popolazioni.

Le forme di apprendimento sono molteplici.

Un tipo di apprendimento consiste nel generare un insieme di regole che risolvano un determinato compito. Utilizzando un algoritmo genetico è possibile selezionare un insieme di regole che controllano le risposte del sistema determinando un comportamento intelligente. Il sistema, se casualmente genera una regola intelligente allora se la ricorda aumentandone la diffusione nella popolazione e la ripropone più frequentemente.
Con questa tecnica è possibile controllare un "animale" che si muove in un reticolo di caselle contenenti o cibo o pericoli, guidandolo verso il cibo ed evitando i pericoli.
Le regole che governano il movimento sono generate in popolazioni e selezionate sulla base dell'esperienza; le regole che portano l'animale verso il cibo si riproducono maggiormente rispetto alle altre, in questo modo il sistema impara e l'animale comincia a muoversi con una certa intelligenza.
È interessante notare che non esiste una regola "programmata" ma le regole buone vengono generate e selezionate in maniera casuale.
Nelle reti neurali il processo di apprendimento risiede nei pesi con cui i vari neurodi sono connessi.
All'inizio i pesi sono casuali, per mezzo di prove ripetute le connessioni buone vengono rafforzate e il risultato finale è che il sistema impara a rispondere con una certa intelligenza.
Anche in questo caso non vi è una programmazione esplicita ma è il processo di prova ed errore che consente al sistema di imparare.
La scala delle difficoltà di apprendimento cresce in base all'aumentare della complessità del compito da svolgere e la rappresentazione che viene fornita al sistema gioca un ruolo essenziale.
Tra i compiti più complessi possiamo trovare l'apprendimento di un linguaggio naturale.
Una tra le difficoltà che incontriamo nell'apprendimento di un linguaggio risiede nel fatto che i linguaggi naturali sono ambigui.
Una parola può significare più cose.
Una frase può essere interpretata in più modi.
Le prestazioni di un bambino che impara un linguaggio in pochi anni partendo da zero sono certamente notevoli.
La tecnologia attuale non è ancora in grado di costruire macchine in grado di padroneggiare un linguaggio naturale nemmeno a livello di sintassi.

Un primo problema fondamentale consiste nelle tecniche di rappresentazione delle informazioni. In un calcolatore l'informazione è rappresentata da una stringa di bit.
Il significato attribuibile ad un'informazione risiede nelle relazioni con altre informazioni. Le relazioni tra informazioni si formano tramite coincidenze che si verificano nello spazio e nel tempo.
Mentalmente noi ci creiamo delle aspettative sulle correlazioni esistenti tra le informazioni che riceviamo dai sensi. Queste aspettative costituiscono una mappa di relazioni tra eventi. Quando si verifica una coincidenza spaziale o temporale siamo in grado di ricavare una relazione inerente la correlazione tra eventi. Tanto più è improbabile la coincidenza tanto maggiore è il contenuto informativo che ne ricaviamo.
Relazioni ormai consolidate vengono date per scontate e quando le incontriamo le riteniamo ovvie; sulla base di queste noi traiamo conseguenze in catene di causa ed effetto che costituiscono la trama del nostro pensiero deduttivo.
Le coincidenze che ci sorprendono producono invece un effetto di sincronicità, esse contengono una maggiore quantità di informazione. Anche se non siamo autorizzati a trarre conclusioni definitive, le relazioni più improbabili sono quelle che ci interessano maggiormente e ci suggeriscono teorie che desideriamo comprovare.
Un fenomeno altamente improbabile che si verifichi nel nostro campo di azione può risultare molto più convincente rispetto ad una serie di osservazioni di eventi banali.
È evidente che una particolare coincidenza può essere dovuta al semplice caso ma noi consideriamo l'evento come significativo e costruiamo su di esso una intera teoria; il passo successivo consiste nella conferma o nella smentita della teoria stessa.

Il punto essenziale risiede nella possibilità di falsificare la teoria.

Teorie facilmente falsificabili sono ritenute buone teorie. Noi tutti conosciamo il fascino delle teorie non falsificabili. Eventi connessi da teorie non falsificabili sono particolarmente esplicatori del mondo e possiedono una notevole forza di attrazione.
La mente si adagia su catene deduttive conseguenti ma non falsificabili in cui ogni evento trova la sua collocazione in una teoria del tutto.
La mente desidera costruire una spiegazione, in termini di causa ed effetto, della realtà.
Ogni cosa può essere connessa ad un'altra ed ogni evento può essere la causa di un altro.

Su questo terreno di possibilità la mente costruisce il proprio sapere.

Solo una rigorosa metodologia scientifica può evitare i tranelli insiti in una tale tendenza alla razionalizzazione dei fatti.
Purtroppo la metodologia scientifica mostra dei limiti di applicabilità. La causa ultima risulta essere inaccessibile ad un approccio scientifico. Tutta la nostra conoscenza si fonda sulle connessioni tra eventi, le parole con gli oggetti, le percezioni con altre percezioni, le azioni con gli eventi. La coordinazione sensomotoria consente le prime esperienze di causa ed effetto, l'azione di afferrare si connette all'oggetto afferrato.
Il bambino impara le conseguenze delle proprie azioni con l'esperienza, impara la consistenza degli oggetti ed impara a manipolarli. Collega i movimenti della mano ai desideri della propria volontà. Esperimenta che alcuni oggetti sono ruvidi altri morbidi.
Collega gli eventi e contemporaneamente costruisce una mappa di relazioni che utilizza per interpretare il mondo. Le relazioni sono memorizzate nel supporto cerebrale e vengono interpretate da un io proprio della mente.

In un calcolatore è il programma che elabora la memoria.

Le informazioni sono connesse da puntatori. Reti di connessioni possono essere strutturate sulla base di coincidenze proprie delle rappresentazioni, il problema consiste nell'allineamento semantico tra rappresentazione e informazione originaria. È evidente che la rappresentazione dipende dalla struttura del supporto mnemonico. Per un cervello le connessioni sono collegamenti tra neuroni. Per un computer l'informazione è codificata in stringhe di bit. Le informazioni contenute in un giornale sono parole del linguaggio. Un computer può memorizzare le informazioni contenute in una pagina di giornale senza comprenderne il significato. La trasformazione delle parole a informazioni dotate di significato necessita di una complessa rete di correlazioni.
Non è sufficiente memorizzare fedelmente il contenuto della pagina ma è necessario attivare una complessa rete di connessioni. Ogni parola fa riferimento ad una costellazione di altre parole, immagini, esperienze, eventi che vengono richiamati alla memoria. Il numero di tali connessioni cresce notevolmente con l'esperienza.
Inoltre il cervello costruisce instancabilmente delle teorie tramite le quali interpreta le informazioni che riceve, è attraverso questo processo di conferma o smentita che il fatto viene compreso pienamente. A volte lievi stimoli provocano risposte notevoli; stimoli selezionati sono particolarmente significativi rispetto al contesto di fondo.
La mappa delle connessioni semantiche è solitamente differente dalla mappa delle connessioni fisiche tra gli eventi. Il cervello riesce ad isolare le stimolazioni rilevanti da quelle che non lo sono. Una piccola stimolazione può rivestire un ruolo rilevante per una determinata funzionalità. Situazioni di questo tipo si riscontrano abbondantemente nei problemi di riconoscimento di immagini; particolari minimi possono essere determinanti per l'identificazione di un determinato oggetto.
L'attenzione gioca un ruolo fondamentale ed è governata dalla volontà.
Noi siamo in grado di estrapolare da un indizio un'informazione complessa, per esempio riconosciamo una nave osservando solo la cima del pennone in lontananza.
Ogni parola è soggetta ad una certa struttura di controllo che ci fornisce una certa aria di famiglia della parola stessa; sulla base di tale struttura possiamo stabilire se la parola ricordata è proprio quella giusta oppure no.
Il ricordo è di tipo globale, ricordiamo intere frasi e le parole sono soggette ad un tipo di controllo basato su assonanze familiari. Possiamo avere la parola cercata sulla punta della lingua cercando di ricordarla esattamente ed ad un certo punto ecco siamo sicuri la parola ritorna alla mente ed è quella giusta.
Tempo e spazio sono elaborati strutturalmente dal cervello; in essi si collocano tutte le esperienze, la logica stessa ne è soggetta. Costruiamo le nostre strutture mentali sulla base di indizi e completiamo la rappresentazione utilizzando strutture funzionali innate.
Nella fase di sviluppo del cervello determinate connessioni vengono rafforzate ed altre indebolite sulla base dell'esperienza ma in ogni caso sempre rimanendo soggette alla struttura stessa del cervello.

La musica ci offre una interessante analogia, la melodia è sempre

diversa ma ogni melodia è scomponibile in un ristretto numero di note.

Una melodia può essere rappresentata da note su uno spartito musicale, da tasti di un pianoforte oppure da onde sonore.
Un modo solito di memorizzare informazioni consiste nell'identificare degli attributi; l'informazione viene quindi rappresentata da una collezione di attributi.
Ogni attributo può generare un'astrazione ed ogni attributo può delimitare un campo di applicabilità.
Raggruppando attributi si possono definire oggetti arbitrari.
In questo modo è possibile definire dei prototipi estratti da una collezione di oggetti.
È possibile identificare ogni attributo con un nome; in tal caso le informazioni sono descritte da un insieme di nomi e da associazioni tra i nomi stessi.
Ogni associazione può essere rappresentata da un insieme di relazioni binarie che collegano un nome ad un insieme di altri nomi. In questo modo la nostra rappresentazione diventa una collezione di nomi e di associazioni. È possibile programmare un algoritmo di ottimizzazione dei percorsi possibili che collegano tramite le associazioni i vari nomi.
Un'associazione rappresenta una coincidenza spazio-temporale di eventi.
Un colloquio consiste in un percorso di navigazione che ci porta da un nome ad un'altro.
Uno stimolo attiva uno o più nomi i quali a loro volta attivano altri nomi connessi tramite le associazioni presenti fornendo una risposta consistente in un insieme di nomi.
Un simile insieme di nomi può rappresentare un oggetto, un evento o un concetto astratto. Il meccanismo di navigazione prevede semplici operatori matematici come l'intersezione o l'unione di insiemi. Con questa tecnica è possibile simulare un semplice ragionamento coinvolgente eventi legati da causa ed effetto oppure simulare un colloquio complesso che preveda un operatore umano come controparte. Un operatore umano è in grado di allargare o restringere il contesto del discorso e pilotare il colloquio verso un fine sensato.

Esistono associazioni di tipo fisico, di tipo logico,

di tipo contestuale e di altro tipo ancora.

All'interno della testa risiede un "io della coscienza" che coordina le varie informazioni in un tutto unico producendo un effetto di globalità e di coordinamento.
Le sensazioni confluiscono tutte in un unico punto in cui il soggetto ha coscienza di sè. Da questo punto proviene la risposta soppesata dall'individuo, una risposta cosciente.
L'aspetto sorprendente è il senso di unità che ciascuno di noi prova rispetto al proprio io.
In realtà molto verosimilmente nell'io confluiscono miriadi di mappe neuronali, molteplici informazioni anche contrastanti, molti sottosettori contribuiscono al fenomeno della coscienza.
Nella nostra esperienza la coscienza si manifesta unitaria e globale, essa comprende tutto l'individuo in ogni sua parte e controlla con un unico atto tutto l'organismo.
È possibile pensare ad un algoritmo supervisore e controllore del funzionamento di un computer, ma quello che si realizza con il fenomeno della coscienza si presenta di tipo completamente diverso, per afferrare cosa intendo dire basta pensare a cosa ci viene in mente quando cerchiamo di definire il proprio io, la propria identità ed individualità.
Un programma supervisore esegue il proprio compito senza "sapere" di eseguire alcunché.

Non esiste un punto in cui l'informazione viene conosciuta,

essa viene semplicemente elaborata.

Noi viviamo nel presente ma la nostra consapevolezza abbraccia un intero intervallo di futuro-passato, gli eventi sono interconnessi nel tempo.
Percepiamo lo scorrere del tempo con continuità e la memoria rende conto degli eventi passati influenzando, tramite il presente, il futuro.
Le capacità di previsione fanno parte di un bagaglio di conoscenze che consentono alla coscienza, intesa come supervisore, di scegliere le azioni da compiere con una certa elasticità rispetto agli input sensori contingenti, non si attua un mero processo di stimolo-risposta ma piuttosto un complesso processo decisionale in cui passato e futuro entrano in ballo per determinare le scelte e le azioni.
Il pensiero si snoda da stati fisici determinati e procede verso stati possibili in un divenire controllato dalla consapevolezza e da regole tipiche della razionalità.
Gli eventi sono correlati secondo regole che ne evidenziano le similarità e che raffrontano i diversi aspetti in un atto sintetico. I fatti sono memorizzati, elaborati, alterati, scomposti e ricomposti il tutto all'interno di un processo dinamico di contrapposizione. In questo contesto grande importanza assumono le sincronie spaziali e temporali ravvisabili negli eventi stessi in relazione a teorie esplicative e classificatorie costruite per rendere conto dei fatti. Il centro di tutto questo elaborare si presenta unitario, eppure in esso possiamo identificare vari settori e sottosettori.
Nel magma che si genera la mente riesce a discernere ciò che è rilevante da ciò che non lo è.

Le relazioni non sono semplicemente un rapporto tra due

entità ma coinvolgono una quantità di

associazioni e di distinzioni che possono assumere significati differenti.

Non solo il contesto ma anche altri fattori come ad esempio la volontà possono colorare in un senso o in un altro le relazioni tra eventi. Il ragionamento può partire da un determinato fatto e proseguire per associazione verso differenti conclusioni, i dati sono ordinati a seconda delle necessità logiche e fedelmente si susseguono producendo una catena di cause ed effetti. Il presente è immerso nel passato e nel futuro, la storia del soggetto ne determina le scelte presenti proiettandole nel futuro. Tutta l'attività cosciente è informata dal passato ed elabora le informazioni sulla base delle necessità presenti distaccando le in un periodo temporale che si dilata nel tempo.
Tutta l'attività cognitiva ruota sull'azione della memoria che tiene conto di eventi del passato più o meno remoto.
Un bambino costruisce la propria consapevolezza sulla base di esperienze motorie, queste si sedimentano per raggiungere un nuovo livello di astrazione e generalità.
L'afferrare, il toccare, lo spostare oggetti costituiscono l'attività primaria che determina la costruzione delle cognizioni sul mondo e sulle sue leggi: la logica prima che verbale è costituita da una logica fattuale, leggi che governano le percezioni e i movimenti.
La memoria colleziona eventi e li organizza in una fitta rete di connessioni, vicinanze spaziali e temporali determinano le relazioni elementari.
Il linguaggio utilizza nomi per denotare oggetti, le relazioni tra nomi e oggetti sono arbitrarie ma una volta stabilite divengono fondamentali.
La catena di collegamenti nome-oggetto può essere allungata ed essere soggetta a trasformazioni che ne consente un più ampio utilizzo.
Tecniche computazionali consentono di gestire relazioni complesse tra nomi; una gestione analoga a quella che noi utilizziamo è estremamente difficile da simulare, i collegamenti tra parole si moltiplicano a dismisura e sono necessarie strutture dati estremamente complesse.
Le informazioni competono l'una con l'altra per essere oggetto della attenzione, la ragnatela aumenta a dismisura.
Meccanismi di selezione naturale sono un buon esempio di come si possa semplificare il sistema classificatorio.