"primacy" geometrica nel comportamento di orientamento spaziale

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L’EMERGERE DELLA “PRIMACY” GEOMETRICA NEL COMPORTAMENTO DI
ORIENTAMENTO SPAZIALE. UN MODELLO NEURO-ROBOTICO
MICHELA PONTICORVO, ONOFRIO GIGLIOTTA, ORAZIO MIGLINO
Laboratorio di Tecnologie Cognitive, Dipartimento di Psicologia, Seconda Università degli
Studi di Napoli
Introduzione
Esistono numerose evidenze sperimentali sul fatto che i vertebrati (ratti, piccioni, pulcini cfr.
Cheng, 1986; Vallortigara, Zanforlin e Pasti, 1990; Kelly, Spetch e Heth, 1998) usano come
sistema preferenziale dell’orientamento spaziale informazioni di tipo geometrico (forma
dell’ambiente, distanze metriche da landmark, ecc.). Altri tipi di informazioni non
geometriche (colore, luminosità, ecc.) vengono altrettanto usate, ma in modo subordinato a
quelle geometriche. Inoltre, in un recente studio Hermer e Spelke (1994; 1996) hanno
osservato che bambini fino a 5-6 anni si orientano esclusivamente grazie alle relazioni
geometriche dell’ambiente. Successivamente, in concomitanza con l’acquisizione del
linguaggio spaziale, i bambini da 6 anni in poi sono in grado di sfruttare anche informazioni
non geometriche. Questo dato sembrerebbe confermare un ruolo fondamentale del linguaggio
nell’acquisizione delle competenze di orientamento spaziale.
Dati proveniente da studi sull’orientamento spaziale di pesci (Sovrano, Bisazza e Vallortigara;
in corso di stampa) confermano la primacy dell’informazione geometrica ma, al contempo,
mostrano una chiara abilità a sfruttare anche informazioni non geometriche. I pesci non
parlano. Ciò sembrerebbe confutare il ruolo del linguaggio nell’acquisizione delle competenze
spaziali.
In questo contributo, sono stati riprodotti fedelmente gli esperimenti di Sovrano, Bisazza e
Vallortigara con l’unica differenza che il nostro organismo era costituito da un micro-robot
mobile controllato da una rete neurale artificiale e con nessuna conoscenza iniziale
dell’ambiente. Il robot veniva sottoposto a delle sessioni di addestramento con l’obiettivo di
osservare sia la tipologia che la progressione temporale con cui le abilità di orientamento
spaziale emergevano nel corso del processo di apprendimento.
Materiali e metodi
Un piccolo robot mobile, Khepera, di forma circolare e avente un diametro di 5,5 cm. è stato
usato come organismo artificiale. L’apparato sensoriale del robot è costituito da 8 sensori
all’infrarosso che possono percepire oggetti fino ad una distanza di 5 cm. e di una telecamera
lineare con un angolo di 240 gradi (l’ampiezza del campo visivo dei pesci della razza
Xenoteca eiseni è di circa 270°). Khepera ha due motori indipendenti che controllano 2 ruote.
Il “cervello” del robot è costituto da una rete neurale composta da uno strato di neuroni
sensoriali e da uno livello di neuroni motori, i neuroni sensoriali sono totalmente connessi con
i neuroni motori. L’addestramento del robot è avvenuto grazie all’uso di un algoritmo
genetico che in funzione di varie prove ed errori modificava opportunamente il “cervello” di
Khepera. L’ambiente di azione del robot riproduce le caratteristiche di quello utilizzato da
Sovrano et al. (in stampa) per lo studio sugli organismi reali.
Risultati e discussione
Al termine del processo di apprendimento abbiamo osservato che: a) il robot integrava i due
tipi di informazioni spaziale (geometriche e non geometriche); b) in condizioni di stress il
robot propendeva ad usare l’informazione geometrica (effetto di primacy); c) l’abilità ad usare
l’informazione geometrica emergeva temporalmente prima rispetto a quella “non
geometrica”. Ad un’analisi attenta delle strategie apprese dal robot si è evidenziato che il
considerare l’informazione geometrica è un compito algoritmicamente più semplice rispetto
all’utilizzo di altre fonti informazionali. Ciò spiegherebbe, senza ricorrere ad uno specifico
ruolo del linguaggio, sia la progressione temporale di acquisizione dell’abilità di
orientamento spaziale che la primacy dell’informazione geometrica.
Riferimenti bibliografici
Cheng, K. (1986). A purely geometric module in the rat’s spatial representation. Cognition,
23, 149-178.
Hermer, L. & Spelke, E. S. (1994). A geometric process for spatial reorientation in young
children. Nature, 370, 57 - 59.
Hermer, L. & Spelke, E. S. (1996). Modularity and development: the case of spatial
reorientation. Cognition, 61, 195-232.
Kelly, D., Spetch, M., Heth, C. (1998) Pigeons’ (Columba livia) encoding of geometric and
featural properties of a spatial environment. Journal of Comparative Psychology 122:259–
269.
Sovrano, V.A., Bisazza, A., Vallortigara, G. (in stampa). Modularity and spatial reorientation
in a simple mind: Encoding of geometric and non-geometric properties of a spatial
environment by fish. Cognition, in corso di stampa.
Sovrano, V.A., Bisazza, A., Vallortigara, G. (2002). Modularity as a fish views it: Conjoining
geometric and non-geometric information for spatial reorientation. Journal of experimental
psychology: Animal behaviour processes, in corso di stampa.
Vallortigara, G., Zanforlin, M., Pasti, G. (1990) Geometric modules in animals’ spatial
representations: a test with chicks (Gallus gallus domesticus). Journal of Comparative
Psychology 104:248–254