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Una rivoluzione a meta’

La mente degli esseri umani - il loro comportamento, le loro capacita’ cognitive, la loro vita psichica fatta di pensieri, immagini e ricordi - e’ stata studiata per millenni dai filosofi con il loro tipico metodo che consiste in analisi concettuali, teorie speculative e discussioni tra colleghi. Poco piu’ di un secolo fa, nella seconda meta’ dell’Ottocento, c’e’ stata pero’ una rivoluzione nello studio della mente. E’ nata la psicologia, che ha cercato di estendere allo studio della mente l’approccio quantitativo e sperimentale che la scienza  gia’ da due o tre secoli applicava con successo allo studio della natura. La mente ha cominciato a essere studiata misurando e contando, quindi con la oggettivita’ e la precisione dei numeri, e facendo esperimenti, cioe’ nelle condizioni controllate e manipolate intenzionalmente dallo scienziato del laboratorio. Nel corso del secolo seguente, il Novecento, la psicologia ha fatto notevoli progressi nello studio della mente seguendo l’approccio della scienza, cioe’ sottoponendo le teorie non solo a verifiche concettuali, come fa la filosofia, ma anche a verifiche empiriche, cioe’ osservando la realta’ in maniera diretta, sistematica e ripetibile da parte dei colleghi..

Alla fine del Novecento tuttavia e’ apparso chiaro che la psicologia e’ solo una rivoluzione a meta’ nello studio della mente, una rivoluzione nei metodi ma non nei concetti. Delle scienze della natura la psicologia adotta i metodi, cioe’ l’analisi quantitativa dei fenomeni e gli esperimenti di laboratorio, ma per quanto riguarda i concetti continua a usare concetti completamente diversi. La scienza spiega i fenomeni della natura come effetti fisici di cause fisiche e considera tali fenomeni come aventi carattere fino in fondo quantitativo, non qualitativo. Invece i concetti  e i modelli teorici con cui la psicologia interpreta i fenomeni della mente non fanno riferimento a cause e effetti fisici. Il vocabolario teorico dello psicologo e’ fatto di termini come percezione, memoria, attenzione, conoscenza, scopo, cioe’ e’ un vocabolario mentalista, non fisico (o fisico-chimico). E inoltre, anche quando tratta i suoi dati empirici in modo quantitativo, lo psicologo resta convinto che la natura ultima dei fenomeni che studia non sia quantitativa, ma qualitativa.

La psicologia e’ stata percio’ una rivoluzione a meta’. Ha adottato i metodi della scienza ma ha continuato la tradizione filosofica e del senso comune che considera la mente e la natura come due cose separate e da tenere separate. Certo oggi nessuno scienziato, o filosofo, si sentirebbe di dire che esistono due realta’ distinte, la realta’ fisica della natura e la realta’ spirituale della mente, come pensava nel Seicento Cartesio quando distingueva tra res extensa e res cogitans. Ma l’antico dualismo tra mente e natura e’ ancora vivo e vegeto, reinterpretato come una dualismo tra concetti da usare per studiare la natura e concetti da usare per studiare la mente. Per studiare la natura vanno bene concetti che interpretano la realta’ come fatta da processi in cui cause fisiche producono effetti fisici e la cui essenza ultima e’ quantitativa. Per studiare la mente invece bisogna usare concetti non fisici ma mentalisti, che sono qualitativi e non quantitativi.

Cosi’ il vocabolario teorico della psicologia resta una mistura, non entusiasmante per una scienza, di concetti del senso comune, cioe’ concetti con cui nella vita di tutti i giorni parliamo del comportamento e della vita psichica nostra e degli altri, e di concetti della tradizione filosofica. Piu’ recentemente, sulla base di una pretesa analogia tra la mente e il computer, gli psicologi hanno cominciato ad usare nello studio della mente una serie di concetti derivati dall’informatica. Ma l’analogia tra mente e computer non sta in piedi e in realta’ essa serve solo a dare leggittimita’ al dualismo tra mente e natura: se la mente e’ come un computer, e’ giusto che vi sia una scienza della mente concettualmente distinta dalla scienza della natura per la stessa ragione per cui l’informatica, la scienza del software, e’ concettualmente distinta e del tutto autonoma dalla fisica, la scienza dell’hardware. Percio’ una scienza della mente che punti a integrare anche concettualmente lo studio della mente nel resto della scienza dovra’ respingere nettamente tentativi come quelli della scienza cognitiva e dell’intelligenza artificiale che mirano a interpretare la mente come un sistema che, come un computer, “manipola simboli”.

Una forte pressione a integrare concettualmente la mente nel resto della natura viene dai progressi delle scienze biologiche. Le neuroscienze, la genetica, altri settori della biologia come la biologia evoluzionistica e la biologia dello sviluppo, fanno continui e rapidi passi avanti e si avvicinano sempre di piu’ a dare esse stesse una spiegazione dei fenomeni della mente. Se la psicologia continuera’ a usare un vocabolario teorico completamente diverso da quello di queste scienze, al massimo sara’ possibile trovare corrispondenze tra i fenomeni studiati dalle scienze biologiche e i fenomeni cosi’ come li descrive e interpreta lo psicologo, ma non ci sara’ nessuna vera integrazione cosi’ come invece richiede la scienza, la quale fa dei passi avanti importanti nella comprensione della realta’ quando riesce a spiegare un tipo di fenomeni in termini di un altro tipo di fenomeni. Gli psicologi cercano di spiegare i fenomeni della mente in maniera autonoma, ma le loro costruzioni teoriche restano vaghe, incapaci di specificare nel dettaglio meccanismi e processi, e quindi quasi sempre non sottoponibili a una effettiva verifica empirica. Nello stesso tempo i progressi delle scienze della natura rendono sempre meno plausibile una scienza della mente concettualmente e esplicativamente autonoma.

La soluzione a questo problema potrebbe essere semplicemente quella di aspettare che le normali scienze biologiche continuino i loro progressi finche’ un giorno esse saranno in grado da sole di spiegare i fenomeni della mente. Tuttavia vi sono delle ragioni per dubitare che le scienze biologiche cosi’ come si sono sviluppate fino ad oggi dispongano di tutti gli strumenti necessari per studiare la mente. Le ragioni sono due, la prima di natura teorico-metodologica, la seconda riguardante i contenuti.

La ragione teorico-metodologica ha a che fare con la distinzione tra sistemi semplici e sistemi complessi. Fino ad oggi le scienze della natura, incluse le scienze biologiche, hanno interpretato la realta’ come costituita essenzialmente da sistemi semplici. Un sistema semplice e’ un sistema formato da pochi elementi, in cui e’ possibile isolare una causa (o poche cause) e un effetto, prevedere l’effetto data la causa, riottenere gli stessi risultati facendo “rigirare” il sistema una seconda volta, isolare il sistema dal contesto. Il metodo sperimentale e’ quello piu’ appropriato per studiare i sistemi semplici dato che in laboratorio lo sperimentatore isola il fenomeno che lo interessa dal contesto, mette fuori gioco tutte le altre possibili cause, e manipola una singola causa per determinare se e’ questa causa quella responsabile del fenomeno.

La scienza invece oggi sta scoprendo che la realta’ e’ fatta in buona parte non da sistemi semplici ma da sistemi complessi, cioe’ da sistemi che hanno proprieta’ opposte a quelle dei sistemi semplici. I sistemi complessi sono formati da un grande, spesso grandissimo numero di elementi. Gli elementi interagiscono tra loro localmente, il che vuol dire che ogni elemento interagisce solo con un numero limitato di altri elementi con cui e’ collegato. Dalle numerosissime interazioni locali emergono proprieta’ globali del sistema che non sono prevedibili o deducibili anche conoscendo alla perfezione gli elementi e il modo in cui interagiscono tra loro e anche se ogni interazione tra elementi e’ un normale processo di causa e effetto. (Questo significa che i sistemi complessi separano determinismo causale e prevedibilita’, che invece sono tradizionalmente legati tra loro nei sistemi semplici. In un sistema complesso non ci sono altro che cause che producono effetti, eppure il sistema globalmente e’ in buona misura prevedibile.) I sistemi complessi non si fanno isolare facilmente dall’ambiente in cui stanno e spesso hanno caratteristiche che sono un risultato delle loro interazioni con l’ambiente. Inoltre i sistemi complessi sono estremamente sensibili anche a minime differenze nelle condizioni iniziali e difficilmente hanno lo stesso decorso quando vengono fatti “rigirare” una seconda volta. Dal punto di vista metodologico, mentre gli esperimenti di laboratorio sono il metodo appropriato per studiare i sistemi semplici, questo metodo funziona male con i sistemi complessi. Per i sistemi complessi sono piu’ appropriate le simulazioni al computer. In una simulazione e’ possibile fare interagire moltissimi elementi tra di loro e osservare le proprieta’ globali del sistema che emergono dalle interazioni, manipolando condizioni e parametri della simulazione come in un laboratorio sperimentale virtuale.

Il sistema nervoso (come anche un genoma) e’ un tipico esempio di sistema complesso, essendo formato da un grandissimo numero di neuroni che interagiscono tra loro localmente attraverso le sinapsi che collegano tra loro ogni neurone con un ristretto numero di altri neuroni. Quello che chiamiamo mente non e’ altro che le proprieta’ globali di tale sistema complesso. Percio’ una scienza della mente richiede concetti e metodi di ricerca che siano applicabili ai sistemi complessi, mentre le neuroscienze tradizionali, e in genere le tradizionali scienze della natura, sono scienze dei sistemi semplici e degli elementi piuttosto che dei sistemi complessi e delle loro proprieta’ globali.

La seconda ragione per cui le tradizionali scienze della natura, per quanto siano indispensabili per capire la mente, possono non essere sufficienti, non e’ concettuale o metodologica, ma di contenuto. La mente umana non e’ tutta dentro al corpo o dentro al sistema nervoso, ma ha caratteristiche che dipendono fortemente dall’ambiente esterno. Non si tratta semplicemente del fatto che un individuo assorbe le caratteristiche dell’ambiente esterno attraverso l’apprendimento, come avviene in quasi tutti gli animali. Diversamente dagli altri animali, nel caso degli esseri umani l’ambiente esterno e’ un ambiente fondamentalmente creato collettivamente dagli stessi esseri umani. Il comportamento e la vita psichica degli esseri umani hanno una origine sociale e culturale nel senso che sono quasi interamente appresi dagli altri e dagli artefatti prodotti dagli altri e gli effetti dei comportamenti di un individuo sono filtrati e amplificati dai comportamenti degli altri individui. E’ difficile pensare percio’ che si possa capire a fondo la mente umana restando dentro al corpo e dentro al sistema nervoso. Le scienze biologiche sono attrezzate per studiare quello che succede dentro al corpo ma non per studiare l’ambiente esterno e i processi di trasmissione e evoluzione culturale che creano tale ambiente esterno.

Qui torna nuovamente in gioco la simulazione come strumento cruciale di una nuova scienza della mente. La psicologia usa il metodo sperimentale ma le scienze che studiano l’ambiente sociale, culturale e storico creato dagli esseri umani, cioe’ le scienze sociali e storiche, non usano il metodo sperimentale. Questo crea una diversita’ metodologica che non favorisce l’emergere di una scienza unificata della mente che tenga conto sia della sua dimensione interna (dentro al corpo e dentro al sistema nervoso) che della sua dimensione esterna (l’ambiente sociale, culturale e tecnologico che e’ creato dalla mente di una collettivita’ di individui e che crea la mente di ogni singolo individuo). Ma il problema e’ anche piu’ serio. L’impossibilita’ di usare la verifica sperimentale fa si’ che le teorie che circolano nelle scienze sociali e nelle scienze storiche siano quasi sempre teorie ben poco definite. Da esse raramente ci si preoccupa di derivare predizioni empiriche specifiche e dettagliate data l’impossibilita’ di verificare tale teorie in un laboratorio sperimentale.

Le simulazioni del computer cambiano questo stato di cose. Prima di tutto le simulazioni rappresentano un metodo di ricerca unico applicabile in ogni disciplina, dalle scienze della natura alla psicologia e alle scienze sociali e storiche. Questo facilita una integrazione delle diverse discipline che hanno qualcosa da dire sulla mente umana. In secondo luogo le simulazioni forniscono alle scienze sociali e storiche una metodologia di ricerca e di verifica applicabile anche a fenomeni che, come quelli studiati da queste scienze, non sono trasportabili nelle quattro mura di un laboratorio sperimentale reale. Si possono simulare genomi, sistemi nervosi, comportamenti individuali, interazioni tra individui, ma anche intere societa’, mercati, sistemi politici, e i cambiamenti storici che coinvolgono queste strutture collettive e sociali. Esprimendo una teoria nella forma di un programma di computer, anche le scienze sociali e storiche sono costrette a formulare teorie precise e dettagliate, e i risultati della simulazione costituiscono altrettante predizioni circostanziate derivate dalle teorie. Inoltre la simulazione funziona come un laboratorio sperimentale in quanto consente allo scienziato di fare osservazioni in condizioni controllate, di manipolare le variabili e il valore dei parametri della simulazione e di osservare i risultati di queste manipolazioni, con lo stesso rigore e con piu’ gradi di liberta’ di quello che e’ possibile nel tradizionale laboratorio sperimentale reale.

I nuovi modelli che completano la rivoluzione

Una nuova scienza della mente che voglia integrarsi concettualmente con il resto della scienza, seguira’ le scienze della natura nello spiegare i fenomeni della mente come effetti fisici di cause fisiche e come aventi carattere fino in fondo quantitativo, ma allarghera’ la prospettiva delle tradizionali scienze della natura includendovi tre cose: una visione della realta’ come costituita da sistemi complessi e non solo da sistemi semplici, l’uso delle simulazioni accanto agli esperimenti di laboratorio, e la considerazione dell’ambiente culturale e storico come prodotto e nello stesso tempo causa della mente, accanto all’individuo, al suo corpo e al suo sistema nervoso.

Negli ultimi due decenni del secolo scorso non solo si e’ cominciato a sospettare che la psicologia cosi’ come si e’ sviluppata storicamente e’ stata soltanto una rivoluzione a meta’, ma sono apparsi i primi strumenti e le prime ricerche concrete che mirano a completare la rivoluzione, cioe’ a unificare la psicologia con le scienze della natura non solo dal punto di vista metodologico ma anche dal punto di vista concettuale. Se le scienze della natura, la fisica, la chimica e la biologia, interpretano i fenomeni della natura come effetti fisici di cause fisiche e come aventi caratteristiche fino in fondo quantitative, lo stesso deve fare la scienza della mente. La mente, cioe’ i comportamenti, le capacita’, la vita psichica, deve essere interpretata e spiegata mediante modelli teorici che postulino soltanto processi in cui cause fisiche producono effetti fisici e che hanno natura fino in fondo quantitativa, senza chiamare in causa entita’ e processi mentali.

I modelli piu’ noti di questo tipo sono le reti neurali, modelli simulativi del comportamento ispirati alla struttura e al modo di funzionare del sistema nervoso. Tuttavia i progressi compiuti negli ultimi tempi non riguardano soltanto le reti neurali, ma anche altri modelli come gli algoritmi genetici e i modelli della Vita Artificiale. Tutti questi modelli condividono le seguenti quattro caratteristiche:

-    sono modelli simulativi, cioe’ modelli espressi come programmi di computer,
-    sono modelli che interpretano la realta’ come fatta da sistemi complessi piuttosto che da sistemi semplici,
-    sono modelli radicalmente naturalistici, nel senso che postulano soltanto processi in cui cause fisiche producono effetti fisici e che hanno natura puramente quantitativa,
-    sono modelli che si integrano tra di loro per dar conto non solo di fenomeni neurali e di comportamenti individuali ma anche di fenomeni collettivi e storici.

Una rete neurale e’ un modello semplificato del sistema nervoso che controlla il comportamento degli organismi. E’ un modello simulativo, nel senso che un modello espresso come programma di computer e che consente di fare simulazioni. Il programma gira nel computer e la rete neurale si comporta nel computer come se fosse il sistema nervoso che controlla il comportamento di un organismo in un ambiente fisico - tutto simulato.

Una rete neurale e’ composta da unita’ simili ai neuroni (le cellule nervose) collegate tra loro da connessioni unidirezionali simili alle sinapsi tra neuroni. Attraverso le connessioni una unita’ influenza le altre unita’ con cui e’ collegata. In ogni dato momento ciascuna unita’ ha un suo livello di attivazione che simula il “firing rate” di un neurone, cioe’ la velocita’ con cui il neurone produce impulsi nervosi che vanno a influenzare altri neuroni. Il livello di attivazione dell’unita’ e’ determinato dalle eccitazioni e inibizioni che giungono all’unita’ dalle altre unita’ con cui e’ collegata. Le connessioni tra unita’ possono essere eccitatorie o inibitorie - quelle eccitatorie aumentano il livello di attivazione dell’unita’ di arrivo mentre quelle inibitorie tendono a ridurlo - e possono avere diverso “peso”, un valore quantitativo che simula il numero e l’efficacia dei contatti sinaptici tra due neuroni. Quanta eccitazione o inibizione arriva a una unita’ da un’altra unita’ collegata dipende dalla natura eccitatoria o inibitoria della connessione e dal “peso” della connessione. L’unita’ integra tutte le eccitazioni e inibizioni in arrivo e il risultato di questa integrazione determina il livello di attivazione dell’unita’.

La rete e’ formata fondamentalmente da unita’ di input, unita’ interne e unita’ di output. Le unita’ di input sono collegate con le unita’ interne e le unita’ interne sono collegate con le unita’ di output. L’insieme dei livelli di attivazione delle unita’ di input (pattern di input) e’ determinato da quello che c’e’ o che succede in quel momento fuori della rete neurale. L’attivazione si propaga dalle unita’ di input alle unita’ interne e da queste alle unita’ di output. L’insieme dei livelli di attivazione delle unita’ di output (pattern di output) rappresenta la risposta della rete all’input.

Il modo in cui la rete risponde all’input dipende dai pesi delle connessioni, oltre che dall’architettura generale di interconnessione della rete che, almeno nelle sue linee generali, e’ uguale in tutti gli individui ed e’ codificata nel corredo genetico. Invece i pesi possono variare parecchio da individuo a individuo e soprattutto possono modificarsi nel corso della vita dell’individuo. Dati certi pesi, una rete risponde in un certo modo all’input, cioe’ genera un certo output, ma se i pesi cambiano, il comportamento della rete cambia. Dato uno stesso input, la rete risponde con un output diverso da quello con cui rispondeva in passato. Se il cambiamento e’ vantaggioso per l’individuo, esso si chiama apprendimento.

Che cos’e’ che determina l’attivazione delle unita’ di input di una rete neurale? Per rispondere a questa domanda bisogna tener presente che una rete neurale, cioe’ il sistema nervoso di un organismo, sta dentro al corpo dell’organismo e che a sua volta il corpo dell’organismo sta dentro a un ambiente fisico. Quello che determina l’attivazione delle unita’ di input della rete neurale puo’ essere una causa situata fuori del corpo dell’organismo, nell’ambiente esterno, oppure una causa situata dentro al corpo dell’organismo, in altri organi e sistemi che esistono all’interno del corpo. Nel primo caso si tratta di recettori esterni che registrano energie luminose, sonore, meccaniche, termiche (producendo stimoli visivi, acustici, tattili, di caldo o freddo) oppure la presenza di molecole chimiche emesse da sostanze esterne (stimoli olfattivi e del gusto). Nel secondo caso si tratta di recettori interni che registrano contrazioni di muscoli (stimoli propriocettivi) o l’azione di molecole chimiche prodotte in varie parti del corpo.

Anche la risposta della rete neurale all’input ha questo carattere duplice. In certi casi l’attivazione delle unita’ di output ha come effetto la contrazione di muscoli (movimenti di parti del corpo come le mani, la testa, gli occhi, le gambe, movimenti dell’apparato fono-articolatorio che produce suoni) ed e’ rivolta verso l’ambiente esterno, in altri casi e’ rivolta verso l’interno del corpo e ha come effetto una modificazione dello stato interno del corpo (contrazione di muscoli dello stomaco, modificazione del battito cardiaco, emissione di molecole che vanno ad influenzare varie parti del corpo).

Quelle che abbiamo descritto sono reti neurali di organismi semplici, in cui la propagazione dell’attivazione segue fondamentalmente la via in avanti che va dall’input all’output. In organismi piu’ complessi come gli esseri umani la rete neurale e’ dotata di una ricca architettura di connessioni ricorrenti, cioe’ di connessioni che vanno all’indietro collegando strati di unita’ vicine all’output a strati di unita’ vicine all’input. Queste connessioni ricorrenti permettono alla rete di generare internamente il suo stesso input. La rete non risponde piu’ soltanto a input provenienti dall’esterno della rete, sia esso l’ambiente esterno o l’interno del corpo, ma risponde a input che essa stessa ha generato. E quando si tratta di rispondere all’input, la rete non risponde soltanto con output che hanno gli effetti che abbiamo visto fuori della rete, movimenti di muscoli o modifiche dello stato interno del corpo, ma puo’ rispondere anche con output che hanno effetti all’interno della stessa rete, cioe’ autogenerano degli input per la rete stessa. E’ questa capacita’ del sistema nervoso di produrre input autogenerati e di rispondere a input autogenerati che in buona misura costituisce la vita psichica interna degli organismi che ce l’hanno, come gli esseri umani: immagini, ricordi, pensieri, ragionamenti, e cosi’ via.

Molta ricerca che usa le reti neurali si e’ concentrata fino ad oggi sulle reti neurali prese isolatamente, cioe’ ignorando il corpo dell’organismo in cui la rete neurale (il sistema nervoso) e’ inclusa come una sua parte fisica e ignorando anche l’ambiente fisico in cui l’organismo vive e con cui interagisce. Questo ha consentito di riprodurre nelle simulazioni e di capire meglio in termini matematici una serie di capacita’ di base del sistema nervoso, capacita’ di analisi percettiva degli stimoli, di memoria a breve e a lungo termine, di categorizzazione delle esperienze, e soprattutto capacita’ di apprendimento sulla base dell’esperienza.

Piu’ recentemente tuttavia una parte della ricerca sulle reti neurali ha allargato il suo raggio di azione ed e’ diventata un capitolo della Vita Artificiale, una impresa piu’ ambiziosa che mira a capire ogni tipo di fenomeno biologico attraverso la sua riproduzione in un computer. Nella Vita Artificiale le reti neurali non sono piu’ viste come astratti sistemi di elaborazione dell’informazione che trasformano input in output ma come modelli del qualcosa di fisico come e’ il sistema nervoso. Inoltre le simulazioni non si limitano piu’ a simulare il sistema nervoso isolandolo da tutto il resto, ma simulano anche il corpo dell’organismo (con le sue dimensioni, la sua forma, possibilmente con altri organi e sistemi interni oltre al sistema nervoso), l’ambiente in cui l’organismo vive (un ambiente che puo’ contenere oggetti inanimati, altri membri della stessa specie, altri animali e, nel caso degli esseri umani, anche artefatti tecnologici), e il materiale genetico che l’individuo eredita dai suoi genitori (che influenza tutto lo sviluppo e il funzionamento dell’individuo e e’ a sua volta il risultato di una lunga storia evolutiva della popolazione di cui l’individuo e’ membro). Queste simulazioni piu’ complesse hanno permesso di affrontare tutta una serie di altri fenomeni che sono cruciali per capire la natura della mente in generale e quella umana in particolare.

Vedere le reti neurali non come astratti sistemi di elaborazione dell’informazione ma come modelli di un sistema fisico quale e’ il sistema nervoso permette di spiegare come sia possibile che cause cosi’ diverse come le parole di uno psicoterapeuta e uno psicofarmaco abbiano effetti in qualche modo simili su una persona che ha dei disturbi psichici. Vi sono due tipi distinti di azione fisico-chimiche che possono essere esercitate dall’esterno su una rete neurale vista come un modello di un sistema fisico, influenzando il comportamento e la vita mentale che sono prodotti dalla rete neurale. Il primo tipo di azione e’ quello che abbiamo gia’ descritto. Cause presenti nell’ambiente esterno o all’interno del corpo producono determinati pattern di attivazione nelle unita’ di input della rete neurale, l’attivazione si propaga nella rete e alla fine produce determinati pattern di attivazione nelle unita’ di output. Questa attivita’ lascia delle tracce piu’ o meno permamenti nella rete in quanto modifica i pesi sulle connessioni producendo apprendimento e memoria. Gli effetti di questo primo tipo di azione corrispondono agli aspetti cognitivi dell’attivita’ che si svolge nel sistema nervoso. Il secondo tipo di azione e’ dovuto a sostanze prodotte spontaneamente dentro al corpo ma talvolta anche a sostanze ingerite o iniettate dall’esterno. Si tratta di una azione che causa effetti diffusi su tutta la rete o su sue porzioni, ad esempio determinando un innalzamento o un abbassamento collettivo delle soglie di attivazione delle unita’ o una aumento o diminuzione complessiva della eccitazione o inibizione che da una unita’ passa a un’altra. Questo secondo tipo di azione ha anch’essa effetti sul funzionamento della rete ma si tratta di effetti diversi da quelli del primo tipo di azione. Non si tratta di effetti di elaborazione di un certo output in risposta all’input ma di effetti di modulazione del modo in cui la rete risponde agli input. Gli effetti di questo secondo tipo di azione che si esercita sulla rete neurale hanno a che fare con lo stato di vigilanza dell’organismo, con il suo livello di motivazione, con i suoi stati emotivi, con l’efficienza o inefficienza delle sue attivita’ cognitive.

In sintesi e semplificando molto, una psicoterapia e’ una azione del primo tipo su un sistema nervoso mentre uno psicofarmaco e’ una azione del secondo tipo. La psicoterapia consiste nel fatto che le unita’ di input della rete neurale del paziente (o cliente) ricevono una serie di pattern di input nel corso della seduta di psicoterapia, pattern di input causati (a) dalle parole e dal comportamento non verbale dello psicoterapeuta, (b) dalla situazione fisica e interpersonale di una seduta di psicoterapia (parlare di se’ a altri o almeno in presenza di altri, sentire di essere presi in cura da altri, lo stesso ritualismo della seduta psicoterapeutica), e (c) dalla stessa attivita’ interna della rete neurale del paziente che, durante la seduta psicoterapeutica, continuamente invia input autogenerati a se’ stessa. Quello che accade e’ che questi input producono modificazioni nei pesi delle connessioni della rete neurale del paziente, e queste modificazioni dei pesi rappresentano gli effetti (possibili e possibilmente benefici) della psicoterapia.

Nel caso degli psicofarmaci siamo invece in presenza di una azione del secondo tipo sulla rete neurale del paziente. Il paziente ingerisce uno psicofarmaco che contiene sostanze chimiche capaci di modificare nel modo che abbiamo visto il funzionamento della rete neurale. L’azione e’ diffusa e, invece di essere, come un pattern di input, il punto di partenza di un processo cognitivo (trasformazione progressiva dei pattern di input nei pattern di output), determina una modulazione del modo in cui la rete neurale risponde agli input. Questi effetti di modulazione sono gli effetti (possibili e possibilmente benefici) dell’azione dello psicofarmaco.

Questa diversa azione che si puo’ esercitare dall’esterno su una rete rete neurale come sistema fisico spiega perche’ gli effetti degli psicofarmaci e quelli di una psicoterapia tendano ad essere diversi. Uno psicofarmaco tende ad avere effetti aspecifici, rapidi, temporanei, e incapaci di rimuovere le cause di fondo del disturbo psicologico. Gli effetti di una psicoterapia tendono ad avere le caratteristiche opposte, cioe’ ad essere specifici, ottenibili solo dopo molto tempo (le psicoterapie sono tipicamente lunghe), piu’ a lungo termine, e capaci, se la psicoterapia ha successo, di rimuovere le cause di fondo del disagio psicologico. Uno psicofarmaco agisce su meccanismi diffusi (ad esempio le soglie di attivazione dei neuroni) e in modo relativamente indipendente dal particolare individuo, meccanismi che vengono direttamente e immediatamente modificati dallo psicofarmaco e che pero’ tendono a tornare dopo breve tempo allo stato precedente e che comunque non costituiscono la causa profonda del malessere. Una psicoterapia tende a modificare in modo permanente e specifico i pesi delle connessioni della rete neurale del paziente, pesi che si sono assestati in base a tutta la vita precedente del paziente costituendo la causa profonda del disagio psichico. Questa modificazione e’ piu’ difficile e lunga da ottenere (si tratta di un vero e proprio riapprendimento) ma una volta ottenuta rappresenta un cambiamento piu’ stabile e permanente.

Nella Vita Artificiale non solo la rete neurale e’ vista come un modello di un sistema fisico ma tale sistema fisico e’ collocato in un ambiente fisico che viene anch’esso simulato. Studiare un organismo all’interno di un ambiente e non in modo isolato dall’ambiente permette di scoprire in che modo la rete neurale di un organismo controlla essa stessa l’input che gli arriva dall’esterno. Nelle reti neurali “classiche” l’ambiente della rete neurale e’ il ricercatore, nel senso che e’ il ricercatore che decide quale input arriva alla rete neurale e decide se l’output con cui la rete risponde all’input va premiato o punito. Invece nelle reti neurali della Vita Artificiale viene simulato anche l’ambiente in cui l’organismo vive ed e’ tale ambiente, a seconda di come e’ fatto, che “decide” quali sono di volta in volta gli input che arrivano alla rete neurale. Ma siccome l’organismo con le sue azioni modifica o la relazione fisica che c’e’ tra il suo corpo e l’ambiente esterno o addirittura modifica lo stesso ambiente esterno, questo significa che e’ la rete neurale che in buona parte “decide” quali sono i suoi stessi input.

Questo punto e’ molto importante perche’ si puo’ affermare che gli organismi conoscono l’ambiente in cui vivono scoprendo in che modo l’ambiente reagisce alle loro azioni. Questo e’ certamente vero per gli esseri umani, i quali imparano anche a prevedere come l’ambiente reagira’ alle loro azioni, cioe’ quali saranno le conseguenze per l’ambiente esterno di azioni pianificate ma non ancora compiute, a valutare queste conseguenze prima che si realizzino, e a decidere se agire o meno a seconda di queste valutazioni.

Altrettanto importante e’ simulare il sistema nervoso all’interno di un corpo. Simulare una rete neurale dentro a un corpo e nello stesso tempo simulare il corpo dentro a un ambiente permette di capire perche’ gli esseri umani vivono in due mondi distinti, un mondo pubblico e condiviso con gli altri e un mondo privato a cui ha accesso, almeno accesso diretto, solo il particolare individuo. Abbiamo gia’ visto che gli input che arrivano dall’esterno alla rete neurale di un organismo possono avere origine nell’ambiente esterno oppure dentro al corpo stesso dell’organismo. Questo significa che, nel primo caso, la causa fisica o chimica dell’input (l’oggetto visto, l’odore sentito) e’ collocata fisicamente nell’ambiente esterno e questo puo’ far si’ che tale causa produca un input analogo anche nella rete neurale di un altro organismo (situato li’ vicino). Invece nel secondo caso la causa dell’input (cio’ che produce la sensazione della fame o le contrazioni dei muscoli che producono stimoli propriocettivi) e’ situata dentro al corpo dell’organismo e questo per ragioni puramente fisiche impedisce che essa produca un input analogo in un altro organismo (anche se sta li’ vicino).

Nel primo caso l’esperienza e’ pubblica. Se c’e’ una mela sul tavolo, sia te che io vediamo la stessa mela. Non solo, ma sia io che te possiamo agire sulla mela, ad esempio afferrarla con la mano, provocando in questo modo determinati cambiamenti nell’ambiente esterno che tutti e due possiamo vedere (vediamo che la mela, afferrata, si sposta nello spazio). O ancora, avendo io pianificato una certa azione sulla mela oppure accorgendomi che tu stai pianificando tale azione, posso prevedere cosa succedera’ quando l’azione, mia o tua, sara’ stata eseguita, e poi controllare se la mia previsione era corretta. E lo stesso puoi fare tu. Infine, se prevedo che la tua azione portera’ a risultati per me indesiderati (tu ti prendi la mela), posso fare qualcosa per impedire che questo avvenga. E lo stesso puoi fare tu. Questo e’ il mondo pubblico, il mondo delle esperienze pubbliche.

In altri casi le cose non stanno cosi’. Le unita’ di input della mia rete neurale sono sempre attivate da cause fisico-chimiche, ma questa volta le cause fisico-chimiche sono dentro al mio corpo e, per semplici ragioni fisiche, possono produrre una certa attivazione nelle unita’ di input della mia rete neurale ma non nelle unita’ di input della tua rete neurale. Cosi’, se io ho fame, questo dipende dal fatto che certi stati del mio corpo - poco zucchero nel sangue, certi stati dei muscoli dello stomaco - producono determinati input per il mio sistema nervoso. Se io sento dove sta in questo momento la mia mano anche se non la vedo, questo dipende dal fatto che certi stati di tensione o rilasciamento dei muscoli che controllano il mio braccio inviano determinati stimoli propriocettivi al mio sistema nervoso. Ma la catena delle cause e degli effetti che alla fine produce l’input per il mio sistema nervoso e’ confinata dentro al mio corpo e non puo’ produrre input analoghi per il tuo sistema nervoso. La controprova e’ che riuscissimo a collegare fisicamente nel modo appropriato i nostri due corpi - ma questa allo stato attuale e’ fantascienza, o quasi - potremmo sentire fame nello stesso momento o sapremmo tutti e due dove sta sia la mia che la tua mano anche quando non le vediamo.

Se gli input che provengono da dentro al corpo danno luogo a esperienze private per le semplici ragioni fisiche che abbiamo detto, tanto piu’ questo avviene per gli input auto-generati all’interno della stessa rete neurale. In questo caso la rete neurale non risponde a input esterni ma risponde a input che essa stessa genera al suo interno. Anche in questo caso gli input sono causati da cause fisico-chimiche (e da cosa potrebbero essere causati?) ma queste cause fisico-chimiche non stanno ne’ nell’ambiente esterno ne’ dentro al corpo ma fuori dal sistema nervoso. Stanno dentro al sistema nervoso, sono quello che determina la sua attivita’, il propagarsi dell’attivazione al suo interno. Tanto piu’ quindi le cause fisico-chimiche che producono gli input autogenerati nelle reti neurali dotate degli appropriati circuiti ricorrenti sono impossibilitate a produrre input autogenerati nelle reti neurali di altri individui e quindi di dar luogo a esperienze pubbliche. La vita psichica interna e’ necessariamente privata.

Tutti gli animali hanno necessariamente input privati oltre che input pubblici, cioe’ input che provengono da dentro al corpo oltre che input che provengono dall’ambiente esterno. Ma non tutti gli input privati sono vita psichica. Una vita psichica ce l’hanno solo gli animali che hanno un sistema nervoso abbastanza complesso da includere circuiti che permettono la generazione puramente interna di input a cui lo stesso sistema nervoso risponde. Anche se forme embrionali di circuiti ricorrenti di questo tipo ci sono in altre specie animali, in particolari nei primati non umani, sono gli esseri umani che hanno un sistema nervoso tipicamente capace di autogenerare i propri input e di rispondere a tali input autogenerati.

In effetti la vita psichica contiene in se’ un elemento di coscienza che sembra dipendere proprio da questo meccanismo di autogenerazione degli input. Nessuna causa che attivi le unita’ di input di una rete neurale, di qualunque animale, produce di per se’ coscienza. La coscienza comincia ad esistere quando tale input attiva a sua volta circuiti ricorrenti che producono input autogenerati e la rete neurale risponde a questi input autogenerati. Per questo la coscienza ce l’hanno solo gli animali che hanno circuiti ricorrenti che producono input autogenerati (che sono spesso, ma non sempre, di natura linguistica), cioe’ in pratica solo gli esseri umani.

Questo spiega anche perche’ per i filosofi ogni esperienza, cioe’ non solo le esperienze provocate da cause interne al corpo ma anche quelle provocate da cause esistenti nell’ambiente esterno, possiede un elemento di privatezza e di soggettivita’. Questo puo’ sembrare in contraddizione con quanto abbiamo detto finora, ma in realta’ non lo e’. Quando io e te vediamo la mela sul tavolo, la nostra esperienza e’ pubblica perche’ vediamo tutti e due la stessa mela, e questo e’ spiegabile perche’ la mela, essendo fisicamente collocata nello spazio esterno sia al mio che al tuo corpo, invia lo stesso input visivo sia alla mia rete neurale che alla tua. Ma, dice il filosofo, la particolare esperienza soggettiva che ho io del colore rosso della mela, o anche dell’intera mela (ad esempio con quello che essa mi ricorda), e’ privata perche’ e’ diversa da quella che hai tu. Questo puo’ essere vero ma e’ vero solo se l’input visivo proveniente dall’ambiente esterno attiva circuiti ricorrenti nella mia rete neurale e nella tua rete neurale e questi circuiti ricorrenti producono input autogenerati diversi, e privati, nel mio caso e nel tuo. Un input proveniente dall’ambiente esterno da’ luogo a un esperienza pubblica ma, se e’ arricchito da input autogenerati all’interno della rete neurale del singolo individuo, l’esperienza puo’ diventare privata, dato che gli input autogenerati sono privati.

Le simulazioni della Vita Artificiale simulano un individuo come dotato non solo di un corpo e di un sistema nervoso ma anche di un corredo genetico ereditato dai genitori. Il corredo genetico influenza tutte le caratteristiche fenotipiche dell’individuo, incluso il suo sistema nervoso e quindi il suo comportamento. Le simulazioni non simulano un singolo individuo ma una intera popolazione di individui, uno diverso dall’altro. Gli individui nascono, si sviluppano, si riproducono e muoiono. Riprodursi significa generare una o piu’ copie del proprio corredo genetico a partire dalle quali si sviluppano nuovi individui. La riproduzione e’ selettiva, nel senso che alcuni individui si riproducono piu’ di altri e alcuni individui non si riproducono affatto. Oltre a essere selettiva la riproduzione e’ accompagnata da aggiunta di nuove varianti al pool genetico della popolazione. I singoli corredi genetici si riproducono con l’aggiunta di qualche variazione casuale (mutazioni genetiche) e la riproduzione sessuale fa si’ che un figlio costituisca una nuova variante rispetto ai propri genitori in quanto il suo corredo genetico e’ una nuova ricombinazione di parti del corredo genetico di un genitore e di parti del corredo genetico dell’altro genitore. La riproduzione selettiva e l’aggiunta costante di nuove varianti determinano l’evoluzione, cioe’ la trasformazione delle caratteristiche del pool genetico e quindi delle caratteristiche fenotipiche (incluso il sistema nervoso e il comportamento) della popolazione nel succedersi delle generazioni.

Con le simulazioni della Vita Artificiale si puo’ studiare come l’evoluzione (nella popolazione) e l’apprendimento (nel singolo individuo) possono cooperare tra loro per assicurare un miglior livello di adattamento. Poniamo ad esempio che il genotipo codifichi il pattern di interconnessione che collega le diverse unita’ della rete neurale dell’individuo. A causa della variabilita’ interindividuale, ogni individuo sara’ in possesso di un pattern di interconnessione diverso da quello di ogni altro individuo. Gli individui con un pattern di interconnessione che favorisce l’apprendimento durante la vita di capacita’ critiche per la sopravvivenza, tenderanno a riprodursi di piu’ e in questo modo i pattern di interconnessione neurale migliori si diffonderanno nella popolazione. Ad esempio, se un individuo per sopravvivere deve riconoscere percettivamente sia “dove” stanno gli oggetti (sulla destra o sulla sinistra?) sia di “che” oggetti si tratta (si tratta di una preda oppure di un predatore?), le simulazioni mostrano che si riprodurranno di piu’ le reti neurali che, invece di essere internamente tutte omogenee, come i sistemi nervosi reali sono divise in moduli (vie nervose separate), con un modulo che riconosce dove sta un certo oggetto e un altro modulo, separato dal primo, che riconosce di che oggetto si tratta, dato che reti modulari di questo tipo apprendono meglio a riconoscere il “dove” e il “che” degli oggetti.

I modelli che simulano i processi di evoluzione in popolazioni di individui si chiamano algoritmi genetici. Gli algoritmi genetici possono essere applicati non solo all’evoluzione biologica ma anche all’evoluzione culturale e tecnologica. In tutti e due i casi si tratta di popolazioni di varianti che evolvono come conseguenza della riproduzione selettiva delle varianti e dell’aggiunta costante di nuove varianti. Nel caso dell’evoluzione biologica le varianti sono i corredi genetici e gli individui che si sviluppano sulla base dei corredi genetici individuali, la riproduzione e’ la riproduzione biologica, e le nuove varianti vengono introdotte dalle mutazioni genetiche e dalla ricombinazione sessuale. Nel caso dell’evoluzione culturale e tecnologica le varianti sono i diversi comportamenti e i diversi artefatti tecnologici, la riproduzione e’ l’apprendimento di un comportamento per trasmissione da altri individui e la produzione di copie di artefatti esistenti, e le nuove varianti sono dovute a “errori” nella riproduzione e alla creazione di nuovi comportamenti e artefatti che sono nuove combinazioni di tratti di comportamenti e artefatti esistenti.

Le simulazioni della Vita Artificiale permettono di studiare all’interno di una stessa simulazione l’evoluzione biologica, il funzionamento del sistema nervoso, il comportamento degli individui, eventualmente nelle loro interazioni con altri individui e con artefatti presenti nell’ambiente, e l’evoluzione culturale dei comportamenti e degli artefatti. Per ognuna di queste componenti le simulazioni non assumono che cause fisiche che hanno effetti fisici, e entita’ e processi che hanno natura fino in fondo quantitativa, non qualitativa. Il fatto di usare un’unica metodologia per studiare fenomeni di competenza di una serie di discipline diverse e il fatto di studiare all’interno di una unica simulazione le interazioni tra questi fenomeni, che peraltro avvengono su scala spaziale e temporale diversa, ha una forte carica interdisciplinare che costituisce uno dei punti di forza del nuovo approccio allo studio della mente.