Sincronicità: un paradigma per la mente

Riflessioni sull'intelligenza artificiale - Oscar Bettelli

21) La logica e i neuroni

Logici e filosofi della matematica non danno un grande aiuto a psicologi e ricercatori di Intelligenza Artificiale, quasi che le loro conoscenze non avessero che uno scarso interesse.
Questa incapacità culturale finisce per soffocare le riflessioni dei matematici e consegnare ad altre discipline, ad altri settori, delle ricerche che dovrebbero invece radicarsi nella matematica.
Sono state scritte migliaia di pagine sull'attività simbolica con scarso riferimento al luogo principe di questa attività, la matematica, e scavando invece in altre discipline come la linguistica.
Sembra che nessuno abbia riflettuto sul significato del fatto che nella parte della matematica dove si studia, e non si usa soltanto, la manipolazione simbolica, la logica matematica, i simboli sono oggetti matematici, con tutto quello che ciò comporta sulla loro astrattezza e molteplicità di rappresentazione.
Per questa ragione, un modello matematico formale in cui si definiscano proprietà e simboli utilizzabili in un processo cognitivo riveste un'importanza fondamentale.
I matematici non si riconoscono certo nella pura attività computazionale tipica dei calcolatori elettronici.

La caratteristica fondamentale è quella dell'astrazione concettuale.

Le nozioni astratte, come oggetto tipico della matematica, nella loro definizione insiemistica, giocano il ruolo di immagine-ponte tra la realtà concreta delle formule, di cui rappresentano il mondo dei significati, e quelle delle leggi della fisica.
È possibile rilevare che nel processo di astrazione è fondamentale la possibilità di adattare e reinterpretare certe proprietà operazionali da un livello a quello superiore, poiché le astrazioni senza corrispondenti operazioni sono prive di senso dal punto di vista strettamente matematico.
Non è detto che gli stessi sviluppi debbano essere perseguiti sia nella matematica pura che nell'informatica, ma almeno un travaso di informazioni e stimoli è certamente auspicabile.

La matematica si avvale della logica.

L'epistemologia, ovvero la teoria della conoscenza, dovrebbe fondarsi su modelli matematici e logici.
Per rispondere alla domanda: come arriviamo alle nostre credenze?
la formalizzazione matematica e logica non è sufficiente, dobbiamo perciò rivolgerci alla psicologia.
Le ricerche in psicologia potrebbero dimostrare che la persona arriva alle proprie credenze attraverso un qualche genere di meccanismo inconscio che misura la coerenza delle nuove credenze con il corpo delle credenze già esistenti e che accetta solo quelle coerenti e rifiuta le incoerenti.
L'epistemologia diventerebbe perciò un capitolo della psicologia e quindi delle scienze naturali, non della matematica.
Notevole influenza su questo atteggiamento deriva dal fallimento del programma fondazionalista che cercò di dimostrare che vi era una classe di credenze (quella basata sulle nostre esperienze sensoriali) su cui è impossibile commettere errori. Inoltre queste credenze erano ritenute sufficienti per giustificare il resto delle credenze.
Il programma di Carnap mirava alla traduzione, alla ricostruzione razionale di ogni asserzione intorno al mondo nei termini dei dati sensoriali, della logica e della teoria degli insiemi.
Una intuizione dovuta a questo programma porta all'idea che il ragionamento normale sia conforme ai dettami della logica.
La presenza di radicati pregiudizi di tipo logicista nello studio delle performance inferenziali dell'uomo è bene illustrato da alcune tradizionali teorie sul pensiero schizofrenico.

Nello schizofrenico si può evidenziare una chiara

deviazione dai canoni classici del ragionamento logico.

Nello schizofrenico si individuano alcune leggi fondamentali:

1. Principio di generalizzazione: una cosa singola viene trattata come se fosse un elemento di una classe; questa classe viene considerata a sua volta come sottoclasse rispetto ad una classe più generale e così di seguito fino a costituire una catena di generalizzazioni. La differenza con il comportamento normale è che spesso le classi di ordine superiore vengono scelte per caratteristiche in comune di tipo accessorio e non fondamentale.
2. Principio di simmetria: lo schizofrenico tratta l'inversa di una relazione come se fosse identica alla relazione stessa. Ne derivano importanti corollari come: la scomparsa del tempo e la parte che diviene uguale all'intero.

È possibile dimostrare in alcune osservazioni sperimentali che anche soggetti normali evidenziano a volte forme di ragionamento di questo tipo: il ragionamento naturale non segue strettamente i principi dettati dalla logica classica.
Anche se potessimo accettare la proposta della logica classica come modello della logica mentale e delle caratteristiche inferenziali del ragionare umano non si eviterebbe un altro grave problema.
Ogni insieme di premesse implica un numero enorme di differenti conclusioni valide.
Devono allora sussistere dei principi euristici che fanno in modo di evitare questa ridondanza delle conclusioni, che fanno in modo di filtrare il banale e l'inutile. Principi euristici che risiedono fuori della logica e che sono incorporati nelle caratteristiche inferenziali della psicologia del ragionare umano.
Tali principi euristici debbono essere tali che, pur filtrando e selezionando la conclusione, riescano a mantenere il contenuto di informazione semantica delle premesse.
Vari risultati empirici della scienza cognitiva dimostrano come non esista alcuna logica mentale in accordo con i canoni della logica classica, ma che la capacità cognitiva deduttiva umana abbia caratteristiche peculiari difficilmente conformi a modelli a priori.
Il linguaggio ordinario generalmente si riferisce non a condizioni di verità ma a situazioni, a fatti del mondo su cui l'abilità inferenziale sembra esprimersi in base alla familiarità e organizzazione in schemi e modelli dei fatti da elaborare, piuttosto che in base a regole logiche e formali stabilite a priori.
Un conto è la giustificazione della validità di una teoria logica, un'altra è la possibilità della sua applicazione alla realtà cognitiva. Anche se si può dimostrare la validità del calcolo delle proposizioni con ciò non si dimostra la possibilità del suo utilizzo come teoria delle inferenze nel ragionare di tutti i giorni.

I pionieri dell'intelligenza artificiale pensavano che...

...i problemi di più immediata soluzione nella simulazione dell'intelligenza umana mediante programmi per calcolatore sarebbero stati la riproduzione della vista, dell'udito e del movimento. Essi immaginavano d'altra parte che sarebbe stato molto difficile esprimere nella logica di un programma per calcolatore quelle conquiste dell'intelletto umano che più sono considerate indice di intelligenza, quali il ragionamento, la matematica e i giochi di strategia come gli scacchi.
Per una di quelle ironie che spesso hanno segnato il cammino della scienza, è avvenuto l'esatto contrario. È stato relativamente facile scrivere programmi capaci di fare calcoli complessi, giocare a scacchi piuttosto bene, dimostrare difficili teoremi e persino diagnosticare oscure malattie. Si è invece rivelato incredibilmente difficile controllare gli arti e le dita di un robot con la stessa efficienza dimostrata dagli esseri umani e interpretare i segnali di un occhio artificiale. A dispetto degli sforzi enormi, e nonostante alcuni significativi progressi, la visione artificiale ha ancora una lunga strada di fronte a sé prima di raggiungere prestazioni paragonabili a quelle umane. Ancora una volta, la nostra esperienza conscia ci inganna, nascondendoci l'incredibile complessità del compito.
La nostra percezione del mondo sembra virtualmente istantanea, del tutto affidabile e quasi mai ambigua; inoltre, non sembra richiedere nessuno sforzo della volontà o dell'intelletto. Ma nonostante i notevoli sforzi compiuti siamo ancora lontani dal comprendere il funzionamento della visione.
A quanto si è potuto appurare, il sistema visivo di tutte le specie animali presenta una caratteristica ricorrente: le fibre nervose che dall'occhio giungono al cervello tendono a formare delle "mappe", cioè delle rappresentazioni topografiche ordinate di una scena visiva. Vi sono delle teorie che attribuiscono un significato alla distribuzione spaziale dell'attività nervosa corrispondente alle zone in cui si trovano le mappe.
Come se queste potessero essere interpretate da un ipotetico osservatore. Ma già Cartesio aveva individuato la contraddizione di cui soffre una simile teoria: se vi fossero degli occhi interiori che osservano l'attività nervosa del cervello, come sarebbe possibile interpretare le immagini prodotte da tali occhi?
Sembra che il primo passo nell'analisi percettiva di una scena visiva sia la scomposizione dell'immagine retinica in un flusso di informazioni relative all'orientamento dei bordi e dei profili, informazioni rappresentate mediante le proprietà selettive delle cellule nervose individuali. Si ipotizza che le loro caratteristiche non siano affatto casuali, ma che prendano parte attiva nel processo di scomposizione dell'immagine e che le relazioni spaziali tra le cellule non siano affatto trascurabili.
Studi recenti suggeriscono che l'immagine retinica subisca da parte del sistema nervoso una trasformazione matematica nota come trasformazione di Fourier. Secondo il teorema di Fourier, si può rappresentare qualsiasi configurazione regolare mediante una serie di forme d'onda di diversa ampiezza e frequenza. È possibile caratterizzare le forme non classiche di percezione visiva, organizzate in potenziali di energia come implicate o avviluppate, assumendo l'esempio dell'ologramma come paradigma di questo tipo di ordine. L'ologramma viene generato dalla memorizzazione su una pellicola dei modelli di interferenza delle forme d'onda prodotte dalla riflessione o dalla rifrazione della luce su un dato oggetto.È possibile in seguito ricostruire l'immagine originale dell'oggetto a partire dalle registrazioni sulla pellicola. L'immagine ottica è decomposta nelle sue componenti di Fourier: forme d'onda regolari di diversa ampiezza e frequenza. Le cellule del sistema visivo rispondono all'una o all'altra di queste componenti e costituiscono così, nel loro insieme, un filtro in grado di elaborare un'immagine ottica; tale filtro è simile a quello che permette, in un ologramma, di ricostruire l'immagine a partire dalla trasformazione inversa. Tuttavia, vi sono alcune importanti differenze fra gli ordinari ologrammi fotografici e il sistema nervoso visivo. Gli ologrammi sono composti mediante una trasformazione di Fourier globale che distribuisce le informazioni contenute in un'immagine spazio-temporale sul suo intero dominio. Nel sistema nervoso visivo la distribuzione è anatomicamente limitata alle informazioni incanalate verso una particolare cellula corticale.
Che l'immagine visiva venga trattata come un ologramma da parte del sistema nervoso centrale suggerisce che anche il funzionamento della memoria segua lo stesso paradigma. Alcuni ricercatori sostengono che esistono dei neuroni specifici preposti al riconoscimento di caratteristiche presenti nella visione. Per esempio una configurazione a scacchiera. Se questo è vero allora una caratteristica olistica potrebbe essere memorizzata in determinate configurazioni di neuroni, preposti appunto al loro riconoscimento. Il problema della corrispondenza tra uno spazio mnesico e gli oggetti reali potrebbe essere risolto utilizzando una rappresentazione sufficientemente astratta e sottoponendola a opportune trasformazioni matematiche del tipo della trasformazione di Fourier.
In questo modo potrebbero realizzarsi delle corrispondenze tra i concetti astratti e l'attività di singoli neuroni.
Le configurazioni dei potenziali d'azione complessivi nel cervello potrebbero essere fatti corrispondere ad un modello simbolico riproducibile su calcolatore. Una volta definito un modello del tipo: insieme di nomi dovrebbe essere possibile associare ciascun nome a un concetto definito nello spazio mnesico. Sulla base di queste corrispondenze le associazioni mnemoniche potrebbero essere emulate da relazioni matematiche nel modello astratto. A un livello più elementare della percezione, relazioni spazio-temporali potrebbero essere rappresentate da vicinanze topologiche riscontrabili nella rappresentazione matematica del modello di memoria.
Il problema relativo al fatto che una determinata rappresentazione conservi il senso delle cose rappresentate si riallaccia a un problema fondamentale della filosofia: il problema dell'essere. Il problema dell'esistenza acquista un particolare ruolo nel quadro del problema dell'essere perché muta il modo di intendere il rapporto fra un'antropologia esistenziale e una psicologia descrittiva. Il problema della nuova filosofia non è l'uomo o l'essere ma l'esistenza come rapporto possibile fra l'uomo e l'essere.

Un elemento imprescindibile della ragione è la scienza.

La chiarezza di un genuino atteggiamento scientifico diviene attendibile solo grazie alla riflessione metodologica. Questa conduce alla distinzione dei vari modi di conoscenza scientifica dai metodi filosofici del pensiero. È un campo di studio e di riflessione ampio ed essenziale. A volte un pensiero basilare, una cosa semplice, una volta afferrato può comportare un mutamento di senso in tutto il nostro sapere.
Ogni sapere nel mondo si riferisce ad oggetti particolari e viene conquistato, con determinati metodi, da punti di vista determinati.È perciò errato assolutizzare in un sapere totale un qualsiasi sapere.
È un facile inganno quello di scambiare l'essere assoluto con l'essere oggettivato via via conosciuto, le cose con le cose in sé, l'oggetto con l'essere stesso. Non possiamo dimenticare che ogni conoscenza viene elaborata in molti modi dai nostri strumenti conoscitivi.
Ogni informazione sul mondo è soggetta ad una traduzione e codificazione negli strumenti percettivi che abbiamo a disposizione.
Cerchiamo con tutti i nostri sforzi l'essere stesso, ma nella conoscenza scientifica lo troviamo solo negli oggetti, i quali con la loro tendenza ad essere assolutizzanti subito lo celano.
La coscienza metodologica ci può preservare da una stortura che sempre tende automaticamente a opprimerci e a piegarci. La nostra conoscenza scientifica giunge soltanto fin dove la realtà può essere imbrigliata nelle nostre categorie e con i nostri metodi. Questi presupposti del procedimento delle scienze empiriche non permettono un sapere concernente la totalità dell'esperienza. Difatti, dati questi presupposti è possibile procedere con la conoscenza all'infinito, ma non è possibile anticipare un'immagine dell'infinito facendone un oggetto che si presuma già conosciuto in toto, nei tratti fondamentali.
L'origine della scienza non è la volontà di potenza sulle cose, la mera capacità di controllo come vorrebbero i criteri economici, ma è piuttosto la volontà di verità.

Che deve succedere a ciò che è percepito nella

contemplazione quando la ragione strappa la conferma della verità?

È solo muovendosi dalla ragione che si può fondare il senso della scienza e l'esigenza stessa che fa’ sì che debba esservi scienza. Ma la scienza non può polverizzare ciò che la contemplazione mistica può raggiungere in slanci di elevazione spirituale.
La convinzione assolutizzante del mistico, pur non potendo essere scienza, ha un valore intrinseco soggettivamente insuperabile.
Occorre che la ragione si liberi dagli impacci del dogmatismo, dell'arbitrio, della tracotanza, dell'ebbrezza esaltante per non essere snaturata dalla propria essenza originaria; per non essere fraintesa con ciò che non è.
Tutto ciò porta ad uno spirito di tolleranza e ad una ricerca della giusta misura.

La struttura cerebrale incorpora informazioni di due tipi:

1. conoscenze innate formatesi durante l'evoluzione
2. conoscenze acquisite nel corso della vita.

Queste fonti di informazione costituiscono la complessa soluzione spazio-temporale del problema di far fronte agli eventi dell'ambiente.
Principalmente per preservare la vita stessa.
Dal punto di vista dell'intelligenza artificiale, su questa base, è possibile formulare tre domande:

1. È possibile correlare le strutture cerebrali a meccanismi specifici o a schemi astratti di computazione?
2. Vi sono aspetti dell'anatomia del sistema nervoso cui corrispondono le idee innate?
3. Esistono tracce anatomiche delle conoscenze o delle idee acquisite?

Studi di neuroanatomia mostrano che non esiste un parallelismo immediato tra la disposizione spaziale dei neuroni e strutture logiche del tipo analogo ad espressioni del calcolo proposizionale.
In particolare esiste una preponderanza di sinapsi eccitatorie rispetto a quelle inibitorie, in contraddizione con la simmetria presupposta da sistemi di logica classica.
L'alto grado di divergenza che caratterizza la neurofisiologia dei neuroni è in stridente disaccordo con l'organizzazione riscontrabile nei calcolatori elettronici e rende di difficile applicazione il modello logico relativamente alle reti nervose.
Una irriducibile casualità contraddice l'idea di uno schema preciso come quello dei circuiti elettronici.
Si pensa che le connessioni dei neuroni siano soggetti ad una legge statistica, il patrimonio genetico non sarebbe sufficiente per determinare in maniera univoca tutte le connessioni.

Esistono però strutture tipiche che rivelano un'origine genetica.

Trovare la traccia di una informazione acquisita è quasi impossibile poiché le informazioni sono probabilmente distribuite su ampie zone corticali. La presenza di configurazioni innate potrebbe essere la base tramite la quale le esperienze successive si organizzano. Supponendo un tipo di memoria olografica, basata su trasformazioni di convoluzione degli stimoli, le attivazioni neuronali potrebbero essere interpretate in un sistema formale logico, non una corrispondenza diretta ma mediata da trasformazioni matematiche.
La caratteristica osservata di essere principalmente di tipo eccitatorio induce a pensare ad una logica in cui le conferme siano più significative rispetto alle confutazioni. Questo tipo di logica può essere definita in un ambito in cui la sussistenza di una funzione di verità sia maggiormente significativa rispetto alla corrispondente negazione: la presenza di uno stimolo sarebbe più importante rispetto al non-stimolo in quanto evento che si realizza fattualmente nell'apparato percettivo. La negazione di un fatto dovrebbe quindi essere esplicito.
In sostanza ogni evento è una coincidenza significativa a dispetto del non-evento che è logicamente possibile ma ancora insussistente. La mente a differenza del sistema percettivo, elabora la negazione contestualmente al verificarsi dell'evento: il nostro sistema concettuale è intrinsecamente dualistico, ogni fatto genera nella mente implicitamente il suo opposto.
Non riusciamo a pensare al bianco senza introdurre il concetto di nero, il che è però diverso dal non-bianco. Da ciò consegue la struttura tipicamente basata sul concetto di vero-falso tipica della logica classica.
Il sistema sensoriale si comporta, però, in maniera differente:
esso registra dei fatti che sussistono nell'atto percettivo.
Se ne evince, che debba esistere un ulteriore livello di astrazione, uno strato intermedio, che collega la percezione con la concettualizzazione astratta.

Esistono due posizioni principali che si contendono

il favore degli studiosi di scienze neurologiche.

Secondo alcuni, gli oggetti del mondo esterno sono rappresentati centralmente nel cervello mediante l'attivazione di singoli neuroni.
Altri sostengono che tale ruolo può essere sostenuto soltanto da insiemi di neuroni.
Alla base della prima posizione vi è l'idea che vi deve pur essere qualcosa nel mondo esterno cui il singolo neurone risponde, almeno in quelle parti del cervello più direttamente legate all'attività sensoriale.
Il singolo neurone sarebbe l'atomo naturale ovvero l'unità fondamentale della rappresentazione del "significato" nel cervello.
La forza della seconda posizione sta invece nel fatto che in un cervello finito i gruppi di neuroni sono più numerosi dei neuroni singoli, purché si ammetta che i gruppi possano sovrapporsi, e che quindi i gruppi o insiemi di neuroni possano nel loro insieme rappresentare più oggetti dei neuroni presi singolarmente.
Dal punto di vista della prima posizione, la rappresentazione di un dato oggetto andrebbe persa quando il neurone corrispondente muore, come capita spesso.
L'ipotesi di una memoria olografica porta naturalmente a preferire la seconda posizione.
Esiste una certa esperienza accumulata in intelligenza artificiale riguardo all'efficacia dei diversi schemi di rappresentazione.
Si è ormai appurato che la difficoltà di un problema dipende moltissimo dal modo in cui si è scelto di rappresentarlo, e tale scelta costituisce spesso il passo decisivo per giungere alla soluzione.
La scelta della rappresentazione effettivamente più utile dipende essenzialmente e quasi interamente dal particolare problema considerato.
Non è possibile individuare un criterio generale.
Si tratta di reperire uno schema generale per la rappresentazione degli oggetti e delle entità del mondo esterno che risultino di volta in volta pertinenti.
Ciò che vogliamo reperire è un criterio di ottimizzazione per uno schema di rappresentazione generale, perciò bisogna individuare un'attività altrettanto generale di soluzione dei problemi, che sia al tempo stesso indipendente dallo specifico problema cui è applicata.
Per far ciò possiamo appellarci a modelli matematici astratti. In particolare modelli in cui le funzioni di associazione e completamento di configurazioni siano definibili in maniera chiara ed efficace. L'associazione di configurazioni è la capacità della memoria di imparare che B è associato ad A in modo da ritenere che B è pertinente se sottoposta allo stimolo A. Il completamento di configurazioni è la capacità di riconoscere la configurazione A anche se di essa ne compare solo una parte. Un modello di elementi di uno spazio mnesico dotato di una metrica, del tipo a cui abbiamo accennato più volte, sembra essere un valido punto di partenza per emulare queste proprietà.
Esiste un problema logico da superare: se le connessioni di feedback positivo sono troppo numerose, un piccolo numero di neuroni attivi può essere sufficiente a provocare delle vere e proprie esplosioni di attivazione.
È possibile confinare l'attivazione a un insieme di neuroni, evitando che gli insiemi a esso sovrapposti ne siano a loro volta attivati.
Il meccanismo neurale alla base di questo comportamento è il controllo a soglia, che si avvale del fatto che ogni neurone ha una soglia di attivazione al di sotto della quale resta inattivo. Il concetto di soglia è strettamente collegato al concetto di distanza.
Non tutte le nostre attività e capacità razionali possono venire rese intelligibili in termini di deliberazione pienamente cosciente, ma questo non le rende per niente meno razionali; dopo tutto, i procedimenti della scoperta scientifica costituiscono una prova familiare del fatto che il cervello umano opera sottili calcoli e valutazioni a un livello subconscio.
La possibilità che i criteri selettivi risultino esprimibili in termini razionali viene esclusa dai positivisti logici in base al cosiddetto "dilemma della spiegazione".
Se una teoria ha successo nel fornire una spiegazione della scoperta e dell'invenzione, allora essa riduce il pensiero creativo nella scienza a una procedura algoritmica, o a una conseguenza deduttiva della teoria esplicativa, dissolvendo così la nozione stessa di creatività.