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Titolo: Sui processi dell'apprendimento, del riconoscimento e della distinzione.

Scrivo questo post anche in risposta a Qf, con cui devo dire su certe cose 
mi trovo alquanto d'accordo. Qui con l'ausilio di Churchland cerco di 
spiegare come potrebbe avvenire a livello neurale l'apprendimento, il 
riconoscimento e la distinzione, attività fondamentali per la conoscenza 
senza dover necessario far riferimento ad un soggetto pensante o ai qualia.
Il nostro cervello è capace di distinguere i colori, i suoni, gli odori, i 
sapori e molto altro. La sua capacità non si ferma semplicemente alla 
distinzione degli stimoli, ma va ben oltre riuscendo anche a riconoscerli 
(si dice anche «a percepirli»). Ed infatti come è possibile che riusciamo a 
riconoscere il sapore del pesce e distinguerlo da quello della carne? Com'è 
possibile che riusciamo a distinguere il rosso dal verde e a riconoscere 
quando un oggetto è rosso piuttosto che verde? Com'è possibile che riusciamo 
a riconoscere l'abbaiare di un cane dal miagolio di un gatto? O ancora, com'è 
possibile che, nonostante la diversa tonalità, riusciamo a riconoscere la 
lettera "A" pronunciata da un uomo di mezza età con voce bassa e una bimba 
di sei anni con voce alta? Eppure se chiedessimo a colui che distingue il 
sapore del cioccolato fondente da quello del cioccolato come faccia a far 
ciò, risponderebbe: non lo so minimamente, semplicemente è così. Un punto in 
più per chi sostiene che ci sono processi mentali che ignoriamo 
assolutamente e di cui siamo a conoscenza solo dell'esito finale. Come in 
effetti il cervello riesca a far ciò è ancora un mistero sebbene le teorie, 
alcune più plausibili di altre, non manchino.
Una proposta interessante è quella di Paul M. Churchland (La natura della 
mente e la struttura della scienza, 1989). Naturalmente si tratta di una 
teoria molto complessa che per esigenze espositive cercherò di semplificare 
il più possibile. Per far ciò è necessario che vi introduca la cosiddetta 
"regola delta".
La regola delta è quella regola per cui un sistema, dotato di ingressi ed 
uscite, possa, attraverso un cambiamento dei pesi delle connessioni degli 
elementi che lo compongono (nel sistema neurale, le connessioni sinapitche), 
riuscire a correggere i propri errori in modo tale da poter giungere ad un 
adattamento più o meno ottimale. Detto così sembra molto complesso in realtà 
la sua forza sta proprio nella sua semplicità come dimostrano alcuni esempi.
Per capire come funziona la regola delta supponiamo l'esistenza di un 
aggeggio abbastanza sofisticato che ha il compito di distinguere la 
frequenza delle onde emesse dalle mine dalla frequenza delle onde emesse 
dalle rocce marine - frequenze che non possono essere distinte dall'orecchio 
umano. Ora supponiamo di inserire nell'aggeggio un'onda emessa da una mina 
ed una emessa da una roccia marina. Alla frequenza della mina attribuiamo un 
valore 0, mentre a quella della roccia marina un valore che 1.
Il prossimo passo è quello di bombardare l'aggeggio con diverse onde 
registrate di mine o di rocce registrate in modo del tutto casuale. L'aggeggio 
inizialmente sbaglierà di continuo, attribuendo erroneamente il valore con 
cui identifica l'onda della mina [0] all'onda della roccia [1]. Questo 
perché si tratta di frequenze molto simili tra di loro, che si distinguono 
per pochi Hz. Tuttavia dopo molti stimoli succederà qualcosa di 
apparentemente eccezionale. L'aggeggio incomincerà a sbagliare meno 
frequentemente finché i casi in cui attribuisce il valore giusto allo 
stimolo giusto saranno più del 90% di quelli totali, mentre inizialmente 
erano pressoché pari a 0. Possiamo dire che il nostro aggeggio abbia 
«imparato» a riconoscere la frequenza delle onde emesse dalla rocce marine e 
la frequenza delle onde emesse dalle mine? La risposta più plausibile è: sì, 
riesce a riconoscerle. Questo non significa che l'aggeggio ne sia 
consapevole, come non è consapevole del fatto di sbagliare. Semplicemente 
esegue dei calcoli algoritmici. Difatti le onde delle rocce marine o delle 
mine non hanno una frequenza sempre identica, ma varia a seconda del rumore 
di fondo e perché non c'è mai uno stimolo identico ad un altro, ma solo 
simile. Per "simile" s'intende che ci sono degli aspetti numericamente 
identici sebbene nel suo insieme la configurazione sia diversa.
Ciò che fa l'aggeggio è solo cambiare i pesi delle connessioni in modo 
casuale finché l'output [0,1] non è giusto. Quando è giusto allora lo 
conserverà usandolo per un altro input (stimolo) che chiaramente avrà una 
configurazione diversa a quello precedente. In questo modo però l'aggeggio 
memorizza una miriade di configurazioni che hanno dato un output giusto 
(adattato). Queste configurazioni avranno necessariamente una certa 
similarità, ad esempio un range di frequenza per cui l'aggeggio «conclude» 
(se potesse impiegare «un atteggiamento preposizionale» e quindi 
«inferenziale») che se lo stimolo rientra in range che va da 0,25 a 2,25 Hz 
allora si tratta di mina se invece si tratta di uno stimolo rientra in un 
range che va da 2,25 a 4,00 Hz allora si tratta di una roccia marina. 
Chiaramente può sempre succedere che ci sia uno stimolo che sia ancora in un 
situazione di borderline (ad esempio una frequenza di 2,255 Hz appartiene ad 
una mina o ad una roccia marina?), in questo caso l'aggeggio agirà come 
sempre ha fatto: «trial-and-error». L'aggeggio potrà così raggiungere un 
adattamento ottimale distinguendo le due onde di frequenza anche qualora la 
differenza fosse minima.
Un processo molto simile accade per quei programmi di scacchi, i quali sono 
programmati solamente sulla base delle regole degli scacchi, ma senza 
conoscere alcuna mossa. Inizialmente il programma appare disastroso perdendo 
ogni partita, facendo mosse stupide o insignificanti. Tuttavia il programma 
memorizza le mosse "giuste", cioè quella che non hanno portato ad un 
rinforzo negativo (una pedina mangiata dall'avversario) o adatte allo scopo 
del gioco (che la macchina non conosce minimamente!): come si suol dire la 
macchina «impara dai propri errori». Ci sono programmi di scacchi 
raggiungono 2500 punti (rango di Maestro internazionale di Scacchi), tenendo 
presente che Kasparov, pluricampione del mondo, ne aveva 2700.
E ancora possiamo spiegare questo processo di adattamento convergente anche 
quando l'orecchio umano si abitua ad una di frequenza molto specifica tale 
da poter distinguerla da altre. È noto come i musicisti provetti imparino a 
riconoscere una nota semplicemente con l'orecchio, senza l'ausilio di alcun 
strumento meccanico se non il loro apparato uditivo. Questo processo di 
apprendimento è identico a quello dell'aggeggio che impara a distinguere le 
frequenze emesse dalle mine e dalle rocce marine o del programma a scacchi 
che impara dai propri ruoli. Un musicista si accorge quando una corda della 
propria chitarra, per esempio il La, è scordata, cioè non rientra con il 
range di frequenza che ha memorizzato proprio per quella corda. La sua 
capacità consiste nell'accordarla "ad orecchio", semplicemente pizzicandola 
più volte. Naturalmente il musicista ha «imparato» ad accordare il La. In 
che modo? Anche lui per tentativi, alcune volte indovinava altre invece no, 
finché i margini di errore si sono ridotti praticamente a 0. Conosco 
musicisti capaci di accordare le corde di una chitarra con una precisione 
addirittura migliore di un accordatore elettronico.
Dunque dalla regola delta deduciamo la seguente conclusione: è possibile per 
qualsiasi sistema dotato di input ed output correggere i propri errori 
modificando i pesi delle connessioni degli elementi costituenti generando 
così un «gradiente di somiglianza», cioè un range in cui rientrano o non 
rientrano gli ingressi. È possibile che qualcosa del genere accada anche 
nelle reti neurali? E se sì, in che modo avviene su base neurale? Qui 
arriviamo al nocciolo della questione.
Questi «gradienti di somiglianza» in una rete neurale - ma anche in altre 
reti - sono dei «prototipi». Il prototipo a livello neurale è quel punto che 
viene sollecitato sempre da alcuni stimoli e quindi che fa parte delle 
molteplici configurazioni neurali determinate dallo stimolo. Non c'è da 
sorprendersi se ogni stimolo determina una configurazione neurale, giacché 
si è calcolato, in base al numero dei neuroni e al numero delle connessioni 
che ogni singolo neurone può avere, che potenzialmente il nostro cervello 
potrebbe avere circa 10¹ºº·ººº·ººº·ººº configurazioni neurali. Anche se in 
un giorno un individuo (tra veglia e sonno) ha più di un milione di stimoli 
le sue possibili configurazioni non si esaurirebbe nell'arco dell'intera 
vita.
Quando possiamo dire che una rete ha appreso un prototipo? Empiricamente 
quando riesce a distinguere o riconoscere due stimoli diverse, ad esempio il 
suono del La e il suono del Si. Ma a livello di configurazione neurale? 
Supponiamo che ogni stimolo sia una sequenza di numeri binari che 
impieghiamo al posto di quei neuroni che sono attivati o non attivati da uno 
stimolo. Ora ammettiamo di aver sentito qualche volta la nota del La quando 
la corda della chitarra corrispondente a quella corda veniva pizzicata. A 
livello neurale questi stimoli registrati corrispondevano a diverse sequenze 
binarie, per esempio 00*1101*00000, 11*1101*100101, 001101000000 e 
01*1101*000101.
Ora supponiamo che in questo preciso momento però pizzichiamo la corda del 
La e ci accorgiamo che è scordata. Lo stimolo ultrasemplificato corrisponde 
a questa sequenza - ricordo ancora una volta che si tratta di una 
configurazione neurale, cioè neuroni attivati e non attivati - 
10*1*01111100. La pizzichiamo ancora una volta e la serie registrata sarà 
questa 11*1*01100011, e poi 11*11*0000001 e così via. A questo punto cosa 
accade? Empiricamente il musicista provetto non riesce per un po' a 
riconoscere quando la corda sia La o qualcos'altro. Col passare del tempo 
però, e con un po' di esercizio, riesce ad accordarla. Non a caso ho detto 
con un po' di esercizio perché i diversi stimoli sono diversissimi tra di 
loro ma con un po' di esperienza gli stimoli saranno così: 11*11*110000, 
01*11*0011111, 10*11*1*1*00000, 11*1101*00000, 01*1101*000000. Come si può 
notare gli ultimi due stimoli presentano una serie, 1101, identica a quella 
dei primi stimoli memorizzati, corrispondenti al «La accordato». Chiaramente 
le configurazioni neurali, come gli stimoli, sono sempre diversi, tuttavia 
vi è una sequenza che è identica e questo a livello neurale corrisponde ad 
una serie di neuroni che sono sempre attivati in presenza di certi stimoli: 
ecco cosa s'intende per prototipo. Naturalmente le sequenze sono molto ma 
molto più complesse, quindi spero che l'eccessiva semplificazioni non svii 
da ciò che è il senso del discorso.
Si potrebbe osservare che questo riconoscimento implicherebbe un soggetto 
che riconoscere (una sorta di polo d'unità) o un'altra entità che riconosca 
quando una sequenza è o non è riconducibile al prototipo. Ciò non accade 
affatto in quanto la rete o il sistema che distingue il La dal Si può 
benissimo non esserne consapevole, lo fa per una pura questione algoritmica: 
né più né meno. Certo ciò non toglie che un essere umano è consapevole di 
tale distinzione. Ammettiamo che questo sia possibile ciò non toglie che il 
meccanismo avvenga prima che ne sia consapevole: è come se la differenza tra 
il La e il Si o il riconoscimento del La accada gli accade spontaneamente. 
Questo perché gran parte dei meccanismi di pensiero come questo non 
necessitano di accedere alla consapevolezza e sarebbero possibili anche se l'uomo 
non fosse in grado di sapere che quello è il La e quello è il Si. La 
consapevolezza è successiva al riconoscimento o alla distinzione, essa 
emerge in virtù del linguaggio verbale, uno strumento prevalentemente 
sociale, con il quale cerchiamo di etichettare alcuni processi del pensiero.

 rientrano gli ingressi.
Noi possiamo progettare dei sistemi così, ovviamente, cioè in definitiva 
digitali. Ma nei sistemi viventi avviene piuttosto una modifica delle 
*polarizzazioni* (cioè dell'assetto) e non delle "connessioni" - che 
significherebbe in sostanza un cambiamento di natura del ricevitore. Una 
modifica delle connessioni avviene sì in realtà, ma nei processi 
degenerativi. Una modifica delle connessioni vuole dire infatti distruzione 
di memoria. Le quali connessioni dunque, ripeto, possono essere più o meno 
attive ma sono quelle che sono, come in ogni altra parte del sistema 
(tissulare o no).
Allora, a mio parere, dobbiamo immaginare non un sistema frammentato che si 
potrebbe comporre a piacere dietro qualche stimolo, tipo caleidoscopio, ma 
un sistema compatto, onniconnesso e *plastico*, cioè capace di modificare la 
distribuzione di energia interna sulle connessioni, realizzando cioè un 
*assetto* specifico alla situazione, ma senza perdere nulla di ciò che ha 
acquisito, come invece perderebbe se cambiasse connessioni. Ciò spiegherebbe 
molto bene il fatto che facendo "mente locale", ossia ri-assumendo un certo 
assetto, si può recuperare un ricordo che pareva scomparso (processo di cui 
si serve l'ipnosi, per esempio): ciò accade perché le connessioni non si 
sono mai modificate me si era solo modificato il loro stato di attivazione 
(erano in stand-by a energia minima, che vuol dire anche: spostate 
nell'inconscio, in una delle sue diverse accezioni).
Allo stato di attivazione specifico o assetto si può dare il nome di 
*attenzione* in senso lato - fino alla *concentrazione*, che consiste 
appunto nella concentrazione di energia di attivazione su uno specifico 
assetto.
La memoria si perde proprio perché si perdono neuroni e connessioni: per 
mancanza di esercizio, per malattia, per invecchiamento. Ma l'apprendimento 
è possibile proprio e solo in presenza di compattezza del sistema. E 
avviene, come dicevo sopra, per trofia, tanto è vero che si parla di memoria 
di breve e di lungo termine (un po' impropriamente però) proprio perché è 
necessario che un certo assetto generi una certa trofia per assestarsi (cioè 
per divenire memoria), un po' come il braccio del tennista insomma :-)
Dicevo "impropriamente" memoria di breve e lungo termine, perché non è 
questione di tempo ma di energia di polarizzazione, ossia di intensità di 
attenzione (anche *focalizzazione*) assunta autonomamente dal soggetto o 
causata dall'evento. Infatti un evento traumatico diventa immediatamente 
memoria di lungo termine, mentre insignificanti eventi ripetuti anche molte 
volte non scalfiscono la memoria, cioè non inducono ad assumere un assetto 
specifico, ossia una "forma", forma che invece si configura prima e poi si 
consolida (trofizza) solo con l'attenzione. Del resto chi non sa che la 
memorizzazione dipende dall'attenzione e dall'emozione e non affatto dalla 
ripetizione (che l'unica emozione che sa dare è la noia). Ah, per inciso, 
quando dico "attenzione" intendo appunto "energia psichica", ma intendo più 
precisamente dire *emozione*.
Perché persiste dunque questa memoria anche se l'assetto cambia? Perché il 
dirottamento dell'energia "psichica"(dell'attenzione) abbassa il livello 
complessivo dell'energia che compete all'assetto proprio di quella memoria, 
ma non ne modifica la configurazione, allo stesso modo in cui un muscolo 
ormai sviluppato non perde forma/struttura durante il sonno e al risveglio 
riprenderà a funzionare come prima.
La specifica potenzialità mnemonica del materiale nervoso - benché non operi 
da solo nel processo di apprendimento né sia il pilota del processo - 
dipende dal fatto che non è amorfo come il tessuto parenchimatico o fibroso 
come il tessuto muscolare, ma è a struttura reticolare, ossia più simile in 
definitiva a una sorta di microstruttura ossea che può assumere le più 
diverse configurazioni senza mai disarticolarsi. A differenza di una 
struttura ossea, però, una certa configurazione può trofizzarsi (ossia 
assumere una forma relativamente stabile) in funzione dell'energia che le 
viene assegnata.
Ma non è che i tessuti di altra natura non siano memoria: sono forme più 
"ottuse" di memoria, ossia molto più lente a formarsi, ma anche più stabili, 
e partecipano a loro volta appieno al complessivo processo di memoria che 
*costituisce* il sistema vivente - il quale *è* memoria e non "ha" memoria. 
In sostanza tutto ciò che in noi è "forma" è memoria. Perciò noi siamo 
memoria.
Per tutte queste ragioni non ti seguo sul principio delle connessioni 
variabili.
Per quanti miliardi di neuroni noi abbiamo, se le connessioni fossero 
variabili noi non avremmo memoria malgrado 10 elevato a cento miliardi di 
combinazioni possibili. I caleidoscopi non hanno memoria.
Partendo di qui anche tutto il seguito del discorso sul riconoscimento e 
sulla consapevolezza cambia radicalmente, e qualche interessante e 
consistente indizio sul funzionamento del pensiero si può trovare. Ma già 
entrare nel dettaglio anatomico, fisiologico e funzionale di ciò che ho 
scritto qui sopra richiederebbe un tempo che per ora non ho (e quando lo 
avrò probabilmente i miei neuroni saranno in fuga :-)
E anzi mi scuso per aver commentato il tuo post così in ritardo: lo avevo 
messo da parte in attesa di ripescare nella memoria qualcosa di quello che 
avevo scritto molti anni fa molto più in dettaglio in un tomo che chissà in 
quale cantina o solaio è finito, e solo in parte minore in un altro che non 
è andato perduto ma che è focalizzato su altri temi.
Un saluto.
qf