Differenze strutturali uomo

Le differenze tra uomo e animali
Flavio Keller
Laboratorio di Neuroscienze dello Sviluppo
Università “Campus Bio-Medico” di Roma
Urio, 18/08/04
Temi interessanti per l’analisi del
problema mente-corpo
• L’analisi dell’origine delle differenze strutturali tra
uomo e animali.
• Le differenze della percezione nell’uomo e negli
animali.
• Le basi biologiche del linguaggio umano.
• Le basi biologiche dell’intelligenza sociale e delle
sue alterazioni: il caso dell’autismo.
• In fenomeni percettivi, particolarmente la
percezione del sé.
• L’analisi del movimento volontario.
Nella corteccia somatosensoriale e somatomotoria
umana osserviamo una rappresentazione estesa
della mano e delle singole dita
In sintesi
Nella corteccia sensori-motoria umana si osserva una forte
espansione delle aree dedicate alla mano, alle labbra ed alla
lingua: nell’essere umano queste strutture, oltre alla funzione
nella nutrizione, nella presa fine di oggetti ecc. (in comune con
gli animali) assumono una nuova funzione: quella
dell’articolazione della voce necessaria per lo sviluppo del
linguaggio, rispettivamente quella di strumento per la
costruzione di strumenti.
Nell’homo sapiens si osserva un grande sviluppo delle aree
associative (aree non direttamente coinvolte nell’elaborazione
dei dati provenienti dagli organi di senso e nell’invio dei
comandi motori), particolarmente dei lobi frontali.
Il caso di Phineas B. Gage
Le basi genetiche delle differenze
strutturali tra uomo e animali (1)
• Le differenze tra il genoma umano e quello
delle scimmie antropomorfe è stato calcolato
essere solo dell’1-2%.
• Allo stato attuale sono stati identificati solo
alcuni geni specifici per homo sapiens o per la
linea evolutiva ominoide.
Le basi genetiche delle differenze
strutturali tra uomo e animali (2)
• E’ stato recentemente identificato un gene
specifico per la linea evolutiva degli
ominidi, che si trova nell’uomo e nelle
scimmie antropomorfe: Tre2, comparso 2133 milioni di anni fa; si tratta di un
oncogene!
• Tre2 è espresso principalmente nei testicoli
e potrebbe avere causato l’insorgere di una
barriera riproduttiva che ha portato alla
separazione della linea evolutiva degli
ominidi da quella degli altri mammiferi.
Le basi genetiche delle differenze
strutturali tra uomo e animali (3)
• Tuttavia, la maggior parte delle differenze
strutturali tra uomo e animali sono dovute a
piccole differenze di espressione spaziotemporale degli stessi geni.
• Non esiste il “gene della mano umana”, il
“gene della lingua umana”, il gene del
“planum temporale”...
Le basi genetiche delle differenze
strutturali tra uomo e animali (4)
• I geni possono essere paragonati ai colori di
una tavolozza, che possono essere
combinati in differenti modi.
• Come nei sistemi complessi dinamici, che si
evolvono nel tempo, piccole differenze
(“condizioni iniziali) vengono amplificate
nel corso dello sviluppo del sistema, così
che il risultato finale è molto differente
(effetto “crinale”).
Temi interessanti per l’analisi del
problema mente-corpo
• L’analisi dell’origine delle differenze strutturali tra
uomo e animali.
• Le differenze della percezione nell’uomo e negli
animali.
• Le basi biologiche del linguaggio umano.
• Le basi biologiche dell’intelligenza sociale e delle
sue alterazioni: il caso dell’autismo.
• In fenomeni percettivi, particolarmente la
percezione del sé.
• L’analisi del movimento volontario.
Rete neurale prima dell’apprendimento
Rete neurale dopo 1000 cicli di apprendimento
In sintesi
• Gli oggetti vengono percepiti immediatamente
come un tutto.
• La percezione (visiva, acustica,…) avviene in
modo categoriale (classificazione). Ciò è
dimostrato, tra l’altro, dalle illusioni ottiche.
• E ciò malgrado il sistema visivo ci fornisce
un’immagine del mondo “priva di etichette”.
• Percezione come “incorporazione” del significato
nella pura sensazione (“pensiero concreto”).
In sintesi (2)
• Non vi è dubbio che gli animali sono in grado di riconoscere e
classificare oggetti che non hanno mai visto prima in modo
generale.
• La sintesi dell’ordine percettivo avviene associando un
significato alla forma percepita; nel caso dell’animale questo
significato è tendenzialmente univoco e limitato a ciò che è
utile all’animale (reperimento del cibo, difesa del territorio,
riproduzione…); il cane del sig. Rossi è perfettamente in grado
di distinguere il padrone dal cavallo del padrone, ma non sa
che il padrone è un uomo ed il cavallo un equino.
• Nel caso dell’uomo il significato di un oggetto è pressoché
illimitato ed illumina su ciò che è l’oggetto in sé ; in certi casi
il legame con l’oggetto è puramente simbolico o metaforico, in
questo caso è necessaria la comprensione del contesto, della
storia, per coglierne il significato (cfr. testi poetici).
• Nel caso dell’uomo lo stesso oggetto può esse
contemporaneamente ”visto” in mille modi diversi.
In sintesi (3)
• Il riconoscimento visivo degli oggetti avviene per mezzo
della sintesi di mappe di attività neuronale, che esprimono
diverse caratteristiche elementari dell’oggetto, comuni ad
oggetti appartenenti a varie categorie. Queste mappe sono
distribuite nelle aree visive primarie e nelle aree visive di
tipo associativo.
• Ciò spiega perché vi sono possono essere perdite selettive
della capacità di riconoscere categorie di oggetti (es.
oggetti inanimati ma non oggetti animati, oppure figure
geometriche rotonde ma non figure con angoli, ecc.).
In sintesi (4)
• Alcuni aspetti della categorizzazione e del riconoscimento degli oggetti da parte del sistema visivo possono
essere simulati per mezzo di reti neurali artificiali.
• “Vediamo oggi come molte operazioni che sembrano di
indole spiccatamente spirituale possono essere eseguite
ugualmente, anzi molto meglio, da strumenti essi stessi
non spirituali, per esempio da computers [...] Orbene lo
sviluppo della cibernetica, dell’informatica ecc. aiuta
oggi lo spirito a riconoscere ciò che gli è assolutamente
proprio, ciò che nessun approccio, quanto si voglia
sofisticato, sarà mai in grado di imitare: il computer
coopera alla liberazione del soggetto, l’aiuta a trovarsi”
(J. De Finance, I fondamenti metafisici della libertà, in
“Per la filosofia” 2 (1985) 2-9).
Temi interessanti per l’analisi del
problema mente-corpo
• L’analisi dell’origine delle differenze strutturali tra
uomo e animali.
• Le differenze della percezione nell’uomo e negli
animali.
• Le basi biologiche del linguaggio umano.
• Le basi biologiche dell’intelligenza sociale e delle
sue alterazioni: il caso dell’autismo.
• In fenomeni percettivi, particolarmente la
percezione del sé.
• L’analisi del movimento volontario.
Che cosa fa sì che l’essere umano sia
l’unico essere che parla?
• Confronto strutturale tra uomo e animali (apparato
fonatorio, aree cerebrali dedicate al linguaggio)
• Approccio clinico: analisi delle caratteristiche
linguaggio dei segni nei sordomuti
• Approccio genetico: differenza nella struttura ed
espressioni di geni; identificazione di geni che
sono alla base di disturbi ereditari del linguaggio.
Nella corteccia somatosensoriale e somatomotoria
umana osserviamo una rappresentazione estesa
della mano e delle singole dita
Le basi genetiche del linguaggio
• FOXP2 è il primo gene conosciuto svolgere un
ruolo essenziale nello sviluppo del linguaggio.
• Si tratta di un gene fortemente conservato nei
primati (solo 0,87% divergenza nella sequenza
primaria tra scimpanzé e uomo)
• Mutazioni di questo gene nell’essere umano
impediscono uno sviluppo normale del linguaggio
(famiglia KE): a) aspetti espressivi = capacità di
effettuare movimenti orofaciali fini necessari per il
linguaggio umano; b) aspetti recettivi; c) aspetti
grammaticali
La famiglia KE
La lezione di FOXP2 (1)
• Anche se FOXP2 ha favorito lo sviluppo del
linguaggio nella linea evolutiva che ha portato
all’uomo, non si può definirlo un “gene del
linguaggio”
• FOXP2 è espresso in altri mammiferi oltre
all’uomo; nell’uomo è avvenuta la sostituzione di
un singolo residuo di arginina con un residuo di
serina (possibilità di regolazione post-traduzionale
da parte di proteine chinasi).
La lezione di FoxP2 (2)
• FOXP2 è un gene fortemente conservato nei primati
(solo 0,87% divergenza nella sequenza primaria tra
scimpanzé e uomo).
• Anche se FOXP2 ha favorito lo sviluppo del linguaggio
nella linea evolutiva che ha portato all’uomo, non può
essere definito un “gene del linguaggio”.
• FOXP2 è attivo in altri mammiferi oltre all’uomo.
• Ipotesi: gene essenziale per lo sviluppo di circuiti
motori (corteccia cerebrale, gangli della base, oliva inf.,
cervelletto) necessari per il sequenziamento temporale
dei movimenti orofaciali necessari per l’articolazione
del linguaggio.
La lezione di FoxP2 (3)
• Sulla base dell’elevata omologia di sequenza nei
mammiferi nessuno avrebbe sospettato che FoxP2
fosse un gene importante per lo sviluppo del
linguaggio.
• FoxP2 è un esempio di come la stessa mutazione
può portare a fenotipi molto differenti a seconda
della specie e dell’area cerebrale nella quale è
espressa.
• E’ necessario prendere in considerazione altri punti
di vista, oltre a quello strettamente genetico, per
capire la funzione di un gene ed il suo ruolo in una
patologia.
Alcuni brani della Internet-chat di Koko
(lunedì 25 aprile 1988)
Q: Koko are you going to have a baby in the future?
Koko signs: Pink
Patterson explains: We had earlier discussion
about colors today
Q: Do you like to chat with people?
Koko signs: Fine nipple
Patterson explains: Nipple rhymes with people, she
doesn’t sign people she was trying to do a “sounds
like…”
Q: Koko, do you feel love from the humans who have raised
you?
Koko signs: Lips, apple give me
Patterson explains: People give her her favorite foods
Caratteristiche del linguaggio dei
segni
• Non si tratta di una serie di pantomime convenzionali e
universalmente comprese.
• Così come vi sono numerosi linguaggi parlati, vi sono
numerosi differenti linguaggi dei segni (francese,
italiano, inglese...)
• Il LS comprende tutte le dimensioni astratte ed i
differenti livelli di organizzazione che si trovano nel
linguaggio parlato (fonologia, morfologia, sintassi,
semantica)
• Il LS è radicato nelle stesse strutture cerebrali (emisfero
sinistro, aree prefrontali, aree temporali) implicate nel
linguaggio parlato.
Il caso di Genie: un moderno caso
di enfant sauvage
In sintesi
• L’uso simbolico di oggetti e segni per comunicare non è
esclusivo dell’essere umano, si trova anche negli animali.
• Per contro, le regole complesse della grammatica e della
sintassi sembrano essere accessibili solo all’uomo. La sintassi
è il principale veicolo di senso del discorso: cfr. la differerenza
tra “bambino mangia mela” e “mela mangia bambino”, che un
bambino di 3 anni coglie immediatamente, indipendentemente
dall’esperienza.
• L’essere umano è l’unico essere in grado di conoscere il
proprio passato pur non avendolo mai sperimentato
direttamente (quindi è l’unico essere in grado di scrivere la
propria Storia!!).
• Anche se gli animali fossero in grado di parlare, non avrebbero
molto da dire… (Nietzsche: “Non ricordo quello che volevo
dirti, non ricordo quello che volevo dirti…”).