PERCHÉ  LA COSCIENZA?

un’evoluzione inevitabile

Neri Accornero - Marco Capozza

Presentazione dell’opera

Perché l’evoluzione su questo pianeta ha prodotto organismi consapevoli di esistere? Virus, batteri, piante, funghi, molluschi, celenterati e insetti vivono efficacemente ed in gran quantità da milioni di anni senza l’ombra d'una consapevolezza. Cosa spinge l’evoluzione a produrre sistemi nervosi sempre più complessi e ora in grado di sapere di essere vivi? E questa ‘coscienza’ in cosa consiste? Questa domanda è antica come l’uomo e le risposte date finora non sono esaurienti. In questo libro proponiamo risposte basate su conoscenze neurofisiologiche consolidate, sull’adattamento evolutivo naturale e su nostre verifiche sperimentali simulative.

Già nel precedente libro (COSCIENZA ARTIFICIALE dal riflesso al pensiero - Aracne editrice 2009), la cui presentazione e riassunto si trovano in questo sito, abbiamo proposto una spiegazione con la convergenza di tre diverse discipline: evoluzionismo, neurofisiologia e informatica; in sintesi, reti neurali artificiali e connessionismo evolutivo.

In questo secondo libro abbiamo sfrondato il primo dei tecnicismi che lo rendevano ostico a molti, per concentrarci sui motivi della spinta evolutiva verso la consapevolezza proponendo un'ipotesi innovativa sul funzionamento del sistema nervoso cosciente. Il nostro intento è mostrare che le attività cognitive (immaginazione, pensiero, coscienza) non hanno nulla di trascendente e possono essere studiate e comprese come tutte le altre attività sensori-motorie che la specie Homo Sapiens manifesta.

Questo nuovo libro è scaricabile gratuitamente  in formato digitale qui ebook epub3  e PDF.

Per chi possiede un computer MAC o IPAD il miglior lettore di ebook è LIBRI, per Windows  CALIBRE o  ADOBE DIGITAL EDITIONS. Per Android consigliamo READ ERA. Nella versione PDF, che è anche stampabile,  ovviamente si perdono tutte le animazioni e filmati.

Tutto quello che è gratuito in rete genera sospetti, ma spieghiamo che in questo caso il nostro intento non è quello di trarre profitto economico da quest’opera, che presumiamo abbia una modesta diffusione per la complessità dell’argomento anche se ci siamo sforzati di renderlo piu comprensibile, ma perché ci interessa di più la sua diffusione con la speranza di ricevere critiche od ossevazioni che ne migliorino ulteriomente la comprensibilità in vista di una futura traduzione in inglese.

RIASSUNTO

L’evoluzione darwiniana delle specie è un Fatto accertato come l’eliocentrismo del sistema solare, non una Teoria. I meccanismi evoluzionistici operano su qualunque struttura replicante, inorganica e organica, e nella loro essenzialità (replicazione imperfetta e selezione ambientale, con tutte le conseguenze retroattive che si manifestano) sono talmente potenti da spiegare l’esistenza di tutto ciò che è presente nell’universo conosciuto, dal livello molecolare agli organismi viventi ed anche a quelli pensanti. Nei meccanismi evolutivi biologici lo stato presente dell’ambiente, con le specie in esso viventi e il loro comportamento, dirige i processi evolutivi futuri. Questi processi sono autocatalitici (si sostengono da sé) e fortemente retroattivi (influenzano e modificano l'ambiente e sé stessi), e questo spiega il progressivo aumento esponenziale della complessità delle specie, chiaramente visibile nell’ultimo mezzo milione di anni, senza la necessità di alcun progetto.

Come la forma corporea, anche il comportamento ed i processi cognitivi sono prodotti evolutivi. Il sistema nervoso evolve parallelamente all’aumento delle capacità d’interazione e modificazione dell’ambiente da parte delle specie. Il sistema si organizza in modo gerarchico, nel senso che le nuove strutture neuronali che compaiono lungo l'evoluzione non sostituiscono le più antiche, ma vi si sovrappongono, le utilizzano, le modificano e le modulano. In questo libro viene presentata un’innovativa ipotesi dell’organizzazione del sistema nervoso che rende possibile la comprensione di molti aspetti funzionali classicamente considerati insondabili.

Il sistema nervoso si è evoluto perché l’organismo possa agire efficacemente nell’ambiente in cui vive. Percepire le caratteristiche dell’ambiente potenzialmente utili o pericolose, a contatto o a distanza, consente azioni finalistiche utili alla sopravvivenza e alla riproduzione. In estrema sintesi, una rete di cellule particolari (neuroni), tra loro comunicanti rapidamente, codifica le informazioni (afferenze) provenienti da apparati sensoriali e le trasforma in codifiche per azioni muscolo-scheletriche. Queste codifiche consistono in una combinazione di neuroni attivi e inattivi come le caselle bianche e nere di un codice quadrato QR (analogo al codice a barre dei prodotti del supermercato). Si può immaginare che ogni diversa distribuzione di caselle bianche e nere costituisca una specifica rappresentazione di ogni diversa afferenza sensoriale o attivazione motoria e dei passaggi intermedi che trasformano la prima nella seconda.

La rete neuronale di organismi evoluti è attivata costantemente da una moltitudine di afferenze esterne ed interne. Per agire efficacemente nell’ambiente è necessario che il sistema selezioni le afferenze utili rispetto a quelle meno utili al compito o del tutto insignificanti: deve effettuare un filtraggio. Le strutture sensoriali periferiche (retina e cute) prima, successivamente quelle midollari, e poi quelle encefaliche profonde (paleoencefalo), effettuano automaticamente e inconsapevolmente questo filtraggio con caratteristiche sempre più sofisticate di livello in livello. Un riflesso utilizza un filtraggio automatico sulle afferenze che lo scatenano; ma quando questo filtraggio è operato da strutture corticali, in particolare quelle prefrontali, può divenire volontario e cosciente, ed è quello che correntemente viene definito attenzione.

L’immaginazione è il prodotto evolutivo cruciale per la comparsa della mente. È una proprietà emergente dei sistemi nervosi più evoluti che costruisce rappresentazioni sensoriali non correlate alle afferenze sensoriali contestuali (attuali e reali), ma su memorie (ricordi) di sensorialità pregresse, rappresentazioni di oggetti ed eventi del passato. Questa proprietà consente comportamenti intenzionali immaginando azioni e risultati così da poter effettuare modifiche operative prima di percepire le conseguenze reali dell'azione (previsione). Le strutture neuronali prefrontali sono dedicate a questo e implicitamente operano una distinzione tra percezione contestuale e percezione immaginata, poiché senza questa distinzione l’interazione volontaria utile con l’ambiente è impossibile.

Coscienza è un termine quanto mai evanescente. La letteratura offre un ampio ventaglio di definizioni, che vanno da elencazioni delle sue caratteristiche, alla sua localizzazione in certe aree cerebrali, fino alla negazione della sua esistenza. Pensiamo riduttivamente che coscienza sia la parola con cui indichiamo la sensazione di esistenza di un nostro sé mentale distinto dall'ambiente, prodotto dalle funzioni di immaginazione, memoria, pensiero, previsione, scelta, volontà, progettualità, che ci consentono di agire in modo non solo riflesso. Tutte queste funzioni coinvolgono le regioni cerebrali prefrontali, ed in estrema sintesi convergono in due funzioni apicali: attenzione ed intenzione. La sensazione che ne ricaviamo può essere definita un settimo senso: “sento di sentire” o “sento di pensare”. Per la maggior parte del nostro tempo questa proprietà opera sullo sfondo, ed emerge in primo piano solo quando rivolgiamo effettivamente l’attenzione a questi contenuti (autocoscienza) piuttosto che all'azione o all'ambiente.

Nel nostro precedente libro “Coscienza Artificiale” abbiamo dimostrato che i comportamenti cognitivi, al pari di quelli motori, non sono esclusivi dei sistemi biologici, perché anche sistemi neurali artificiali immersi in ambienti complessi e sottoposti ad evoluzione darwiniana ('connessionismo evolutivo') possono svilupparli. Alla fine di questo libro illustriamo sinteticamente queste sperimentazioni effettuate per mezzo di ‘reti neurali artificiali’ senza entrare qui nei dettagli tecnici delle simulazioni, per i quali rimandiamo al primo libro gli interessati.

Le azioni riflesse sono ereditate geneticamente (istinti), ma possono anche essere secondarie ad apprendimento individuale (fenotipico), come nei riflessi condizionati. In quelle ereditate una combinazione di attivazioni e inattivazioni in neuroni connessi ad apparati sensoriali (sensazione) genera automaticamente un'appropriata combinazione di attivazioni e inattivazioni in neuroni connessi ad apparati motori e secretori (azione utile alla sopravvivenza o riproduzione). In altri termini, la codifica sensoriale in un gruppo di neuroni produce automaticamente una codifica motoria in un altro gruppo. Questo processo è agevolmente simulabile con modelli connessionisti evolutivi. ALIFE e GAZE sono le nostre simulazioni.

L’apprendimento fenotipico richiede invece una rete neuronale plastica, in grado di modificare le sue connessioni e quindi le interazioni tra i propri neuroni in funzione delle esperienze individuali (memoria). La configurazione basilare è una rete a ‘tripletta’ costituita da tre popolazioni neuronali che, tramite esperienza, impara a codificare (rappresentare) tre elementi: uno stato sensoriale iniziale, un'azione, e lo stato sensoriale finale conseguente a quella azione attuata in quello stato sensoriale iniziale. Questa tripletta, che riteniamo nostro contributo originale, è fondamentale per la comprensione dell'azione volontaria e della previsione. Questa configurazione neuronale apprende e riproduce quale azione effettuare per ottenere un dato stato finale da un dato stato iniziale, e quale stato finale si ottiene con una data azione in un dato stato iniziale. ARM e POSTURA sono i nostri modelli che apprendono automaticamente il controllo di un'azione finalistica (raggiungimento di un bersaglio da parte di un arto simulato o mantenimento della postura eretta di un modello bidimensionale umano) e confermano il 'Principio Ideo-Motorio' dell'azione volontaria formulato da Lotze e James nella seconda metà del 1800. Questo modello consente anche un'interpretazione dei cosiddetti 'neuroni specchio' alternativa alle congetture correnti, orientate principalmente a funzioni empatiche e prive di qualsiasi conferma scientifica.

Il modello GAZE (inseguimento visivo di un bersaglio) è stato allestito per verificare la potenza dei meccanismi evolutivi simulati su popolazioni di reti neurali che devono sviluppare un sofisticato sistema di puntamento, analogo a quello dei cannoni di una nave in movimento che deve colpire un bersaglio mobile. Il sistema infallibilmente evolve producendo un sistema efficace che manifesta comportamenti molto simili a quelli umani nel tracciamento visivo.

Questo risultato ci ha consentito di ipotizzare ed allestire un sistema più evoluto che riesce ad immaginare/prevedere il risultato di azioni future. I processi cognitivi (immaginazione, pensiero, previsione, consapevolezza), nel loro insieme la mente, sono processi fisici costituiti dall’interazione di gruppi di neuroni, ed anch'essi sono simulabili con modelli connessionisti. Abbiamo proposto un’estensione del modello tripletta (ARM) con l’aggiunta di un gruppo neuronale direttivo che potesse evolvere in modo da utilizzare le informazioni della memoria per formulare previsioni necessarie alla gestione del compito. Questo modello rende accessibile lo studio del comportamento intenzionale. ROOMS, una sorta di semplice labirinto, è la nostra simulazione. Il modello conferma che se l’immaginazione dei futuri risultati del proprio comportamento (previsione) costituisce un vantaggio nella sopravvivenza e riproduzione, i meccanismi evolutivi allestiscono progressivamente e invariabilmente strutture neurali in grado di eseguire il compito anche in sistemi artificiali sottoposti a questa pressione evolutiva.

Non andiamo oltre: un riassunto è necessariamente sintetico. Confidiamo che la lettura del libro possa chiarire molte delle domande che speriamo aver suscitato.

INDICE

Introduzione  

Riassunto      

Voi siete qui  

Sistemi complessi   

Definizioni     

Consapevolezza      

Evoluzione    

Luci e suoni

L'altro replicante

Auto-organizzazione

Forma corporea

Interazione ambientale       

Comunicazione        

Sistemi nervosi        

Immagini strumentali cerebrali

Organizzazione del sistema nervoso      

Perché una mente   

Livelli funzionali gerarchici

Il tempo         

Memoria e apprendimento

Emozioni       

Linguaggio e consapevolezza      

Libero arbitrio?

Controllo motorio     

Considerazioni riassuntive 

Il connessionismo   

Learning by doing   

​Neuroni canonici e neuroni specchio 

Sperimentazioni con reti neurali

ALIFE……... vita artificiale

GAZE……... controllo motorio dello sguardo

ARM………...controllo di un braccio artificiale

POSTURA…controllo della postura eretta di un modello umano

ROOMS…….pensiero!       

Verifica di consapevolezza            

Conclusioni   

Bibliografia per argomenti

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