Piazza G. Ermini, 1 06123 Perugia Prof. Stefano Federici [email protected] +39 347 3769497 Corso di Psicologia Generale 2014–2015 www.cognitivelab.it Dipartimento di Filosofia, Scienze Sociali, Umane e della Formazione L’apprendimento e l’epigenesi 2 › L’apprendimento una modificazione relativamente duratura e stabile del comportamento a seguito di un’esperienza, di solito ripetuta nel tempo. – Il nostro comportamento è mosso da meccanismi biologici (gene), già presenti al momento della fecondazione (corredo genetico) e implicati nei processi automatici di selezione (specie) e di maturazione (individui); – l’altro consiste nei dispositivi culturali (apprendimento), fondati sull’esperienza e riguardanti ciò che è acquisito dopo la nascita. – Fra geni e ambiente esiste, tuttavia, un intreccio profondo e continuo studiato dall’epigenetica. 3 › Oggi i neuroscienziati ritengono che il cervello si sviluppi in gran parte in base ad un programma genetico, ma che le connessioni specifiche a livello locale siano attività-dipendenti, cioè il risultato di una funzione di fattori epigenetici e di esperienza. – Sia la natura che la cultura sono importanti, come qualsiasi genitore attento o un padrone di un animale domestico può testimoniare. 4 › Le regole epigenetiche comprendono una parte innata di strategie individuali per l’apprendimento della cultura che si possono così dividere: › Trasmissione genetica pura › Trasmissione culturale pura › Trasmissione genetico-culturale › Trasmissione genetico-culturale – Il termine genetico-culturale, in questo contesto non indica semplicemente che lo sviluppo umano è influenzato sia dai geni che dalla cultura. Piuttosto, esso descrive la presenza di regole epigenetiche il cui sviluppo predisporrebbe a prendere certe specifiche direzioni in presenza di un certo genere di informazioni culturali. 5 › Epigenesi – Termine biologico che si riferisce a quel processo totale di interazione tra i geni e l’ambiente durante lo sviluppo che comporta una graduale diversificazione e differenziazione di un iniziale entità indifferenziata. › Si differenzia dalla teoria della preformazione in biologia che sostiene che ogni cellula germinale contiene l’organismo del proprio genere pienamente formato e completo in tutte le sue parti e che lo sviluppo coinvolge solamente un aumento di misura nelle cellule adulte di proporzioni microscopiche. – Durante l’epigenesi mentale, l’informazione acquisita attraverso la socializzazione è usata nello sviluppo della mente e dei suoi contenuti, includendo le strutture della conoscenza disponibili attraverso il richiamo della memoria. L’informazione codificata nei geni guida e forma lo sviluppo. – La logica del modo in cui l’informazione genetica opera è spesso descrivibile nella forma di regole che limitano le varie opzioni o percorsi alternativi nello sviluppo psicologico. 6 › Molto della cultura umana è sostenuta da un trasmissione genetico-culturale, piuttosto che da un pura trasmissione culturale: – I neonati preferiscono lo zucchero mentre nutrono una profonda avversione per il sale e per i gusti amari influenzando così l’evoluzione della cucina. – L’innata discriminazione di 4 colori primari (rosso, giallo, verde e blu) e una maggiore facilità di apprendere una classificazione dei colori raggruppati in gruppi di questi primari, influenzano l’evoluzione dei sistemi di riconoscimento del colore. – Lo sviluppo di preferenze sessuali nella famiglia influenza il comportamento di accoppiamento e le strutture sociali. – La capacità e la velocità operativa della memoria a lungo termine e di quella a breve termine, influenza le scelte di strategie nella decisione consapevole e nella soluzione di problemi. 7 › Studi longitudinali sul pedigree e comparazioni di gemelli etero- e omozigoti hanno dimostrato varianze genetiche potenzialmente in ogni categoria della cognizione e del comportamento: – Visione del colore – Acutezza dell’udito – Discriminazione del gusto e degli odori – Abilità nel contare/numerare – Fluidità verbale – Abilità spaziale 8 – Memoria – Tempi di acquisizione del linguaggio – Ortografia – Costruzione sintattica – Capacità percettive – Capacità psicomotorie – Estroversione/introversione – Omosessualità – Tendenza all’alcolismo – Età di prima attività sessuale – Tempi degli stadi evolutivi di Piaget – Alcune fobie – Certe forme di neurosi e psicosi › L’epigenesi attraverso una stabilizzazione di selezioni sinaptiche nello sviluppo: – «Contrariamente a quanto di solito ritenuto, il processo dell’apprendimento può essere accompagnato non da un aumento ma da una riduzione nel numero dei contatti sinaptici. Apprendere è eliminare» (Changeux) 9 › Una volta che ha avuto luogo la divisione cellulare, i neuroni iniziano a creare dei contatti l’un con l’altro attraverso le estensioni degli assoni e dendriti. › Questi contatti tendono a moltiplicarsi fino a raggiungere uno stadio critico di massima connettività (limitata dalla struttura genetica). – Ciascun neurone invia e riceve un assai più grande numero di contatti sinaptici di quanti ne userà nel funzionamento dell’adulto. › C’è una ridondanza ma anche una massima diversità. 10 › A questo punto, secondo il modello epigenetico interviene la selezione – Ogni sinapsi nello sviluppo del sistema nervoso si assume esistere in almeno 3 stadi: – Labile – Stabile – Degenerativo – Non appena la rete delle connessioni si attiva, sia spontaneamente sia attraverso l’induzione, viene regolata differentemente l’evoluzione delle sinapsi labili, stabilizzando alcune ed eliminando altre. – Di conseguenza ciascun neurone acquisisce la sua propria connettività, la sua singolarità. 11 › L’apprendimento collegato alle leggi evolutive non è accumulo di informazioni ma selezione di informazioni – ciò che noi consideriamo culturale, come frutto ed espressione di selezione e creatività umana, non può essere considerato semplicemente come punto d’arrivo dell’accumulazione del sapere quanto piuttosto di una selezione dei mondi possibili. 12 › Thomas Samuel Kuhn(1922–1996), (1969) La struttura delle rivoluzioni scientifiche sostiene che le rivoluzioni scientifiche sono –«quegli episodi di sviluppo non cumulativi, nei quali un vecchio paradigma è sostituito, completamente o in parte, da uno nuovo incompatibile con quello». 13 L’apprendimento situato 14 › Ogni apprendimento è esperienziale. – L’apprendimento è situato, legato al contesto immediato, radicato nell’organismo. › Attraverso il nostro corpo impariamo momento per momento in funzione delle informazioni disponibili in quell’occasione. – In molti casi procediamo a un apprendimento intenzionale, orientato al raggiungimento di uno scopo, in grado di promuovere un’elaborazione accurata delle informazioni. – In altri casi abbiamo un apprendimento accidentale, connesso non con lo scopo definito di acquisire qualcosa di nuovo ma dovuto a fattori imprevedibili. Impariamo per caso. – Nella maggioranza delle volte, l’apprendimento è contingente. › La contingenza non è casualità. Essa implica la combinazione fra elementi incidentali che provengono dall’ambiente (dal basso verso l’alto) e opzioni operate dagli individui in base ai loro interessi ed esigenze (dall’alto verso il basso). 15 › L’apprendimento latente è una forma di – apprendimento implicito, poiché impariamo anche senza accorgercene; e – apprendimento spontaneo, poiché non ha bisogno di rinforzi. › Si tratta di un fenomeno già noto ai neocomportamentisti: Tolman e la mappe cognitive. – Riveste un’importanza fondamentale nella nostra vita non solo per ragioni di economia (contiene il dispendio di risorse mentali e i costi dell’apprendimento già ricordati), ma soprattutto per le grandi opportunità che ci offre. › È coinvolto in modo preminente nell’apprendimento delle conoscenze procedurali e nell’esecuzione delle competenze. › È il fondamento della conoscenza tacita, che è una conoscenza in pratica, di solito automatizzata, difficile da esplicitare. 16 › › Nel mondo succede una varietà incredibile di fenomeni e noi dobbiamo imparare i collegamenti degli uni con gli altri e come rispondervi. – Le forme di vita più semplici, grazie al loro patrimonio genetico, ereditano modi e mezzi per fare fronte all’ambiente. – Anche gli organismi umani possiedono dei comportamenti innati, come la chiusura protettiva delle palpebre L’uomo e gli animali superiori sono capaci di muoversi nell’ambiente imparando a fare due tipi fondamentali di previsioni relative a: 1. quali eventi seguono ad altri eventi nel mondo circostante (rilevare le causalità); 2. quali eventi sono sotto il nostro controllo e sono quindi modificabili dalle nostre azioni. 17 › Anche gli animali sono capaci di cogliere il collegamento tra gli eventi formando legami associativi › Pavlov (1849-1926), fisiologo russo, nobel per le sue ricerche sul sistema digestivo, nota come, mettendo del cibo nella bocca di un cane, si produca un immediato aumento della salivazione. – La relazione tra uno stimolo (il cibo) e una risposta (la salivazione) è la conseguenza di un riflesso – Riflesso risposta automatica inscritta geneticamente nel sistema nervoso dell’animale › Pavlov nota che i cani salivano di più quando sentono o vedono eventi che di solito precedono il cibo – Si tratta di riflessi condizionati o appresi; questi riflessi non innati hanno destato la curiosità di Pavlov 18 Esperimento di Pavlov › T1: un cane viene legato con delle cinghie in una stanza insonorizzata › T2: ponendo del cibo nella bocca del cane aumenta il flusso di saliva che viene misurato – Cibo stimolo incondizionato (SI) – Risposta di salivazione riflesso/risposta incondizionata (RI) › T3: la somministrazione del cibo viene anticipata dal suono di una campanella › T4: in concomitanza del suono della campanella aumenta la salivazione – Suono stimolo condizionato o appreso (SC) – Aumento salivazione risposta/riflesso condizionata (RC) 19 Stimolo Incondizionato Riflesso Incondizionato Stimolo Condizionato 20 Riflesso Condizionato https://www.youtube.com /watch?v=hhqumfpxuzI 21 › Fase I – Acquisizione – Il cane aumenta la risposta di salivazione (RC) grazie a presentazioni ripetute del suono (SC) che precede il cibo (SI). – Si forma l’associazione SC+SI › Fase II – Estinzione – Si continua a presentare SC ma non SI: la RI scompare gradualmente. – Dopo la Fase II, il cane riposa per una notte. › Fase III – Recupero spontaneo – In un ulteriore addestramento di estinzione SC viene presentato da solo. – Si osserva così che le prime presentazioni di SC, da solo, evocano RC piuttosto forti. Il recupero spontaneo è caratteristico delle risposte condizionate che hanno subito un processo di estinzione. › Fase IV – Riacquisizione – Se viene presentato nuovamente un rinforzo costituito dalla coppia SC+SI, il riapprendimento è molto rapido. – Il recupero spontaneo e la riacquisizione dimostrano che è difficile eliminare completamente gli effetti del condizionamento. 22 › Pavlov studiò la relazione temporale tra SC e SI. Il condizionamento è efficace quando SC precede di circa mezzo secondo SI, meno buona è la presentazione simultanea. 23 › Generalizzazione dello stimolo – quando a un particolare stimolo SC è associata una RC, gli stimoli simili allo SC tenderanno anch’essi a suscitare la RC – gradiente di generalizzazione. › Discriminazione – non rispondere a stimoli simili allo SC, pur continuando a rispondere allo SC – Attenzione! › L’apprendimento non è sempre il risultato di un’associazione che si instaura grazie a certe condizioni spazio-temporali (vedi esperimento di Mackintosh). 24 25 › Esperimento di Nicholas Mackintosh(1935) Condizionamento all’avversione alimentare (1994) – Il condizionamento non è riducibile a un accoppiamento tra due eventi contigui nel tempo – anche un ratto è capace di scartare le correlazioni casuali e di selezionare le relazioni causa-effetto interessanti = condizionamento associativo selettivo 26 › Il meccanismo della generalizzazione dello stimolo è indice della capacità di formare categorie – Perché impariamo a organizzare i fenomeni in alcuni modi e non in altri e come funzionano questi meccanismi di raggruppamento? › La psicologia ingenua – Introduce il concetto di somiglianza va al di là del condividere un elemento comune – Ma fondare la categorizzazione sulla somiglianza si rivela un’operazione circolare tipica del senso comune si spiega X con Y e Y con X 27 › Hull(1884–1952) e gli ideogrammi cinesi – molti esemplari appartengono a una stessa categoria in quanto condividono un elemento comune › Studiò come progressivamente i soggetti si accorgessero di questi elementi comuni e riuscissero così a individuare il concetto corrispondente. – Egli mostrò che adoperiamo concetti di cui non sempre siamo in grado di formulare il criterio di raggruppamento (strategie di organizzazione inconsapevoli) 28 › Rosch in Principles of categorization (1978) ha evidenziato la Struttura gerarchica delle categorie – Gli oggetti possono essere organizzati a diversi livelli di astrazione ordinati in verticale e orizzontale. La dimensione verticale è caratterizzata da un livello base che è cognitivamente privilegiato. Nella dimensione orizzontale si passa da categorie alte a categorie basse sempre più specifiche, passando per un livello di base. – La dimensione orizzontale ha dei confini più sfumati e imprecisi (ci sono cani barboni che sono più barboni di altri); molte categorie si sovrappongono senza essere mutuamente esclusive; possono quindi coesistere e intrecciarsi più sistemi di categorizzazione 29 › Mentre il livello base in molte categorie è intermedio (e infatti dire che è un cane è il miglior modo per categorizzare Fido) nelle categorie fondate su uno scopo le cose non sembrano funzionare così. – Se peso 95 kg e mi metto a dieta per perdere i 20 kg di sovrappeso, la dieta è tanto più buona (cioè tanto più «dieta») quanto più permette di avvicinarmi al mio scopo: e cioè, la perdita di tutto il sovrappeso. In questo caso il livello base, quello che coincide con gli esemplari più tipici, non è in posizione intermedia ma estrema: una buona dieta è quella che mi riporta al mio peso ideale. › Hinton, Rumelhart e McClelland, i pionieri dell’approccio connessionista, hanno osservato che: – «Le persone sono capaci di generalizzare le conoscenze nuove. Quando vieni a sapere che gli scimpanzé amano le cipolle, può darsi che tu assegni una probabilità più alta al fatto che i gorilla amino le cipolle. In un sistema di input-output che usa nodi e rappresentazioni distribuite, questo tipo di generalizzazioni è automatico». 30 › Proviamo a schematizzare una semplice situazione associativa in termini di input (una stimolazione) e output (una risposta) Esempio 1 › Un bambino produce una risposta (bacio) nei casi in cui riceve una stimolazione proveniente dalla madre o dalla balia – L’emissione della risposta bacio è governato da una relazione di disgiunzione inclusiva 31 › stimolazione della balia o stimolazione della madre o stimolazione simultanea di entrambe › Il bambino non emette un output solo nel caso in cui né la madre né la balia producono un input. › Sistema in cui due unità di input possono emettere, anche insieme, una stimolazione che attiva l’output che ha una soglia di 0,5 e che quindi non produce risposta solo nel caso in cui nessuno dei due input è attivo. 32 Esempio 2 › Un adulto ha imparato a emettere la stessa risposta in presenza della persona A, della persona B, ma a non emetterla quando sono presenti simultaneamente sia A che B – In questo caso A+B inibisce, cioè blocca la risposta – L'adulto ha appreso a rispondere sulla base di una disgiunzione esclusiva “A oppure B, ma non tutte e due” › Questo esempio mostra come sia insufficiente, per simulare l’apprendimento umano, una rete pavloviana che associ direttamente stimoli e risposte. 33 › Rete con una unità nascosta che riconosce quando l’uno o l’altro ma non entrambi i suoi input sono attivi. – Una unità nascosta è una unità celata rispetto al legame diretto tra input ed output ed ha lo scopo di rappresentare le relazioni tra i vari input in modo da escludere la risposta grazie alle sue capacità inibitoria. 34 › Edward Lee Thorndike(1874–1949) – Un gatto posto in una gabbia (problem-box) compiva dei movimenti alla cieca e forniva › risposte giuste (= premere una leva che consentiva di uscire dalla gabbia) › risposte errate – Le risposte corrette tendono a essere ripetute e quelle erronee a essere abbandonate. È l’apprendimento per prove ed errori. › Burrhus Frederic Skinner(1904-1990) – riprende l’impostazione di Thorndike e quella pavloviana introducendo però la distinzione tra: › comportamenti rispondenti, derivati da riflessi innati o appresi tramite il condizionamento pavloviano › comportamenti operanti, non derivati da riflessi innati ma emessi spontaneamente dall’organismo. 35 › A sinistra il problem-box impiegato da Thorndike nei suoi studi sull’apprendimento animale. › A destra si può vedere una delle prime curve di apprendimento nella storia delle ricerche sperimentali sul condizionamento. Il tempo impiegato da uno dei gatti di Thorndike per uscire dalla gabbia diminuiva gradualmente col passare delle prove. 36 › I comportamenti operanti aumentano o diminuiscono in funzione del rinforzo, che può essere positivo (cibo o acqua) o negativo (cessazione di una scossa elettrica o di un forte rumore). – Rinforzare positivamente una risposta significa renderla più probabile! › La tecnica del modellaggio. – Siccome il gatto poteva metterci molto tempo prima di premere per caso la leva che gli dava un premio (rinforzo positivo), Skinner faceva avere al gatto un po’ di cibo ogni volta che si avvicinava alla leva. › Skinner pensava che il modellaggio fosse un meccanismo tanto potente e universale da poter progettare, sulla carta, una società utopica, priva assolutamente di conflitti, grazie al modellaggio completo e armonico di tutti gli attori. Per costruire questa organizzazione sociale non erano necessarie punizioni ma solo un sapiente dosaggio di premi, da iniziarsi con i bambini appena nati. Di qui una società utopica, al contempo tirannica, in quanto progettata secondo un assoluto determinismo da autorità centrali, e apparentemente libertaria, in quanto priva di costrizioni vissute come tali dagli attori. 37 › Assunti del comportamentismo: – spiegare ogni comportamento umano tramite condizionamenti; – tutto è acquisito, nulla è innato; – l’uomo è governato dagli stessi meccanismi di condizionamento che agiscono sugli animali. › Prospettiva empirista spiegare il complesso tramite la comprensione del semplice (associazionismo) – simulazione dell’apprendimento umano 38 › Chomsky (1957) 39 › L’influenza del lavoro di Chomsky sarà molto profonda e andrà al di là della critica al modellaggio skinneriano del linguaggio perché legittimerà un approccio allo studio della mente come sistema dotato di regole (cognitivismo). – Imparare la grammatica di una lingua L vuol dire saper distinguere le sequenze grammaticali, che sono frasi corrette in L, da quelle che non sono grammaticali, e cioè le frasi scorrette (quelle che un parlante di L non usa) tramite un meccanismo che genera, cioè produce, tutte le sequenze grammaticali della lingua e nessuna sequenza non grammaticale. › Generare una frase significa saper specificare l’insieme delle regole attraverso cui si è ottenuta la struttura della frase stessa. › Chomsky critica il modello associazionista basato sulla probabilità – Cosa significa la struttura probabilistica di una lingua? › Un parlante impara, per esempio, con quale probabilità dopo un dato articolo viene un nome e poi un aggettivo, un verbo e così via. › L’apprendimento consiste nel conoscere la struttura probabilistica di una lingua grazie alla continua esposizione a stimoli linguistici (forza dell’associazione tra parole). › Il modello associazionista non è capace di rendere conto della struttura gerarchica di linguaggi naturali come l’italiano o l’inglese. 40 › Modello della grammatica generativa proposto da Chomsky. – Apprendere un linguaggio significa padroneggiare 3 componenti: 1. un vocabolario finito (= lessico di una lingua) 2. un insieme finito di simboli iniziali F (= frasi) 3. un insieme finito di regole – Partendo dal simbolo F e applicando le diverse regole ai termini del lessico, si possono derivare tutte le frasi corrette di una lingua. 41 › Chomsky mostra che un modello associazionista non è capace di render conto della struttura gerarchica di linguaggi naturali come l’italiano o l’inglese. – Per esempio, non riesce a inserire frasi (subordinate) all’interno di altre frasi (principali). › Consideriamo la frase «…che devo studiare in estate», da inserirsi dentro la frase: «L’esame di psicologia generale… rovina le mie vacanze». › La probabilità di legare, in termini probabilistici, la parola «estate» con la parola «rovina» può essere bassissima anche se, nella frase completa, queste due parole vengono una dopo l’altra. 42 › Il modello chomskiano è stato confermato da esperimenti e da osservazioni sull’apprendimento del linguaggio. – In tutte le lingue per le quali si hanno dati relativi al linguaggio infantile, si è constatato come i bambini tendano a iperregolarizzare alcune forme, per esempio il plurale o i verbi. I bambini italiani, dicono per esempio: «andano», «diciate», «aprite», e così via. – Il fatto ancora più interessante, – rilevato negli anni sessanta dalla psicolinguista Ervin (1964) – è che i bambini, in una prima fase dell’apprendimento, usano le parole corrette, che pur sono delle eccezioni, e poi, quando hanno imparato a padroneggiare la corrispondente regola grammaticale, iniziano a compiere gli errori che solo in un terzo tempo tornano a scomparire. › Questi errori di ipergeneralizzazione e la capacità di applicare le regole della grammatica a espressioni mai sentite in precedenza sono una definitiva falsificazione del modello skinneriano se questo pretende essere, come pretendeva, un modello dell’apprendimento delle lingue naturali. › Il lavoro di Chomsky segnò il tramonto della tradizione comportamentista. 43 › Alla tradizione associazionista si ricollega l’approccio connessionista (PDP = parallel distributed processing) tramite programmi che girano su computer – Miriadi di unità corrispondenti ai neuroni del cervello (reti neurali) sono collegate alle altre unità in modo inibitorio o eccitatorio. – L’apprendimento dipende dal cambiamento della forza delle connessioni tra le varie unità. 44 › Sebbene molti dei maggiori contributi delle figure chiave della Gestalt come Max Wertheimer (1880–1943, psicologo ceco), considerato il suo fondatore, fossero nell’area della percezione, le loro idee furono estese alla memoria e al problem solving, attraverso il lavoro di persone come Wolfgang Köhler (1887–1967, psicologo tedesco) e Karl Duncker (1903–1940, psicologo tedesco). – I livelli superiori del pensiero sono basati su principi simili a quelli che governano la percezione. › Noi all’improvviso vediamo la soluzione dei problemi, spesso dopo aver guardato in un modo differente, raggiungendo un nuovo insight. › Il tutto è più della somma delle parti H2O non è semplicemente due atomi di idrogeno e uno di ossigeno, ma anche una particolare organizzazione spaziale di questi elementi in una configurazione che fa una molecola d’acqua. – «Infatti H1 H2 e H20 hanno tutti proprietà diverse, che non si possono ottenere sommando le proprietà degli H e degli O» (Koffka, 1935). – Un’attenzione rivolta sulle relazioni richiama il problema del binding (legame). Il binding problem è il problema di come l’unità della percezione cosciente è determinata dalle attività suddivise del sistema nervoso centrale. 45 › Si mettono uno per volta due scimpanzé in una gabbia, dal cui soffitto pende un’allettante banana; – la gabbia è completamente vuota, salvo per il fatto che contiene una cassa, posta a circa tre metri dal punto sopra il quale pende l’esca. › Dopo un tempo più o meno breve, uno degli animali correrà alla cassa, la trasporterà sotto il frutto, e, usandola a mo’ di sgabello, si impadronirà della banana. – L’altro, meno intelligente, dopo vari salti inutili si rassegnerà, e alla fine salirà sulla cassa e vi starà seduto con aria depressa. › Il comportamento di entrambe le scimmie ha avuto luogo in un ambiente geografico contenente una cassa; la situazione stimolo era identica per entrambe. 46 https://www.youtube.com /watch?v=FwDhYUlbxiQ 47 › L’ambiente geografico, ovvero la situazione stimolo, non può essere la causa dei comportamenti diversi; – questa diversità si spiega invece subito se consideriamo gli ambienti comportamentali dei due animali. › l’ambiente comportamentale dell’uno conteneva uno sgabello, › mentre quello dell’altro conteneva un sedile. 48 › Se due animali si comportano diversamente in condizioni analoghe di stimolazione, la spiegazione deve trovarsi negli animali stessi. › Il comportamento molare (vs. molecolare) è descritto in modo conforme alla realtà se si dice che una scimmia usa uno sgabello, l’altra un sedile. › Certo, i due animali devono essere animali diversi. – Visto che l’ambiente geografico, o “ambiente geografico che fornisce lo stimolo”, non può essere la causa immediata dei due comportamenti. 49