Fondamenti di Psicologia cognitiva

Che cos'è la psicologia?

La psicologia è la scienza che studia il comportamento e la mente degli esseri viventi. Per comportamento si intende l'insieme delle azioni osservabili che vengono compiute da una persona o da un animale, mentre per mente si intende l'insieme di sensazioni, percezioni, ricordi, pensieri, motivazioni, emozioni e tutte le altre esperienze soggettive che caratterizzano la vita di un individuo.

Quando è nata la psicologia?

Molti studiosi fanno risalire al 1879 la nascita della psicologia ad opera di Wilhelm Wundt con l'apertura del primo laboratorio di psicologia sperimentale a Lipsia. Questa assunzione è storiograficamente errata poiché ci sono prove che la psicologia sia esistita già nella preistoria quando gli uomini primitivi si riunivano in gruppi per cacciare e ciò denota già una consapevolezza di sé, del gruppo e dell'ambiente circostante.

La psicologia, per diventare così come la conosciamo oggi, ha dovuto subire innumerevoli cambiamenti e trasformazioni. Nel tempo diversi filosofi e poi scienziati hanno cercato di dare un significato al concetto di anima, mente e corpo, di cercare una loro dislocazione e una loro interrelazione.

L'evoluzione filosofica

I primi sono stati i filosofi greci presocratici che ritengono l'anima la sede delle funzioni psichiche che comprende Nous (l'intelletto) e Tumos (le passioni). In questo periodo il concetto di anima si sovrappone al concetto di mente. In questo stesso periodo troviamo da una parte i Materialisti che sostengono che l'anima fosse materiale e condivide lo stesso destino del corpo fino alla morte; e dall'altra parte gli Idealisti che dal canto loro definiscono l'anima come qualcosa di distaccata dal corpo e capace di trascendere i limiti del mondo materiale.

Con Socrate l'uomo diventa l'oggetto primario delle riflessioni filosofiche e l'anima umana deve partorire la verità da sé. Platone rappresenta l'anima tripartita con il mito del cocchio in cui è presente l'auriga che rappresenta l'anima cosciente e volontaria, il cavallo bianco alato che volando verso l'alto rappresenta i valori etici e morali ed infine il cavallo alato nero che volando verso il basso rappresenta gli impulsi e i desideri.

L'apporto di Aristotele e Ippocrate

Si deve ad Aristotele con il suo De anima, il primo testo di natura psicologica, in cui rimanda al cuore la facoltà di associazione delle esperienze, della memoria e delle immagini mentali che permettono la capacità del pensiero e di conoscenza del mondo e vedeva il cervello solo un organo che serviva a raffreddare il corpo. Si deve ad Ippocrate, invece, la corretta riconduzione al cervello di quelle stesse capacità che Aristotele rimandava erroneamente al cuore.

L'influenza romana e l'interferenza della Chiesa

Con i filosofi romani si cerca di indagare sempre più la vera natura della mente e del corpo umano. Lucrezio definisce l'anima come composta da atomi leggerissimi che non hanno una sede fissa nel corpo ma invade tutti gli organi. Galeno, dal canto suo, descrivendo accuratamente il cervello e i nervi afferma che l'anima è tripartita tra cervello, cuore e fegato. Da qui in poi ci fu un arresto nello studio della mente e del corpo umano ad opera della Chiesa che riteneva oltremodo oltraggioso profanare i corpo dei morti e immorale lo studio del comportamento poiché esso deve conformarsi agli insegnamenti delle sacre scritture e di conseguenza per studiare il comportamento, per la chiesa, basta studiare le scritture.

Il medioevo e la rinascita della scienza

In questo periodo quindi l'acquisizione e la trasmissione del sapere avveniva solo tramite Ipse Dixit, ovvero delle scoperte fatte in precedenza da Galeno e Ippocrate. Fu solo grazie alla contestazione di Tommaso d'Aquino e l'idea del metodo sperimentale di Roger Bacon che si iniziarono a muovere dei passi verso l'uscita dal medioevo. Altri passi vennero compiuti in Inghilterra, prima con Enrico VIII Tudor con l'atto di supremazia e con l'atto sui tradimenti e poi con Elisabetta I che gli scienziati dell'epoca potettero evitare l'inquisizione da parte della chiesa e tornare a praticare gli esperimenti rivolti alla scoperta della mente e del corpo.

Il contributo di grandi scienziati

Andrea Vesalio segna la nascita dell'anatomia grazie ai suoi precisi disegni. Nel 1590 viene usato per la prima volta il termine psicologia da parte di Rudolph Gockel. Con il superamento del Medioevo vengono ripresi e ridefiniti i concetti di mente e di corpo. Per Cartesio il corpo è un'entità materiale e soggetta alle leggi della fisica e quindi studiabile attraverso il metodo scientifico, mentre la mente è un'entità immateriale che ha sede nella ghiandola pineale ed opera in base al libero arbitrio e studiabile solo attraverso la filosofia, corpo e mente sono entità distinte che possono però influenzarsi reciprocamente. La mente contiene le idee che sono innate.

Per John Locke le idee non sono innate ma frutto di un meccanismo di associazione e la conoscenza è frutto dell'esperienza. Per David Hume, invece, la mente rielabora le idee sulla base della somiglianza, della contiguità e del rapporto causa-effetto e crea associazioni. Alexander Bain ebbe il coraggio di ricomporre la frattura tra mente e corpo affermando che è la totalità mente-corpo che agisce a livello mente-corpo ed è solo attraverso prove ed errori che avviene l'apprendimento e conseguentemente la volontà.

Charles Darwin e la psicologia scientifica

Charles Darwin considera il corpo e la mente come semplici strumenti adattivi, plasmati dalla selezione naturale e definisce la mente non collegata a dio e di conseguenza è legittimo studiarla in modo scientifico. Da qui, grazie agli studi fisiologici di Bell, Flourens, Muller e Broca, si scopre che deficit in aree specifiche del cervello causano danni specifici e che specifiche stimolazioni cerebrali localizzate producono sempre lo stesso effetto. Theodor Fechner inaugura una nuova scienza, la psicofisica, che utilizza i metodi della fisica per studiare i temi della psicologia e perciò permette lo studio e la misurazione della mente. Cornelius Donders inizia i primi esperimenti di cronometria mentale dei tempi di reazione utilizzando il metodo sottrattivo che permette di calcolare il tempo di discriminazione tra gli stimoli e il tempo di discriminazione tra le risposte.

Wilhelm Wundt e la psicologia moderna

È solo grazie al contributo di tutti questi filosofi e scienziati che nel 1874 Wilhelm Wundt scrive il primo libro di Psicologia e nel 1879 gli viene affidata la prima cattedra di psicologia nell'università di Lipsia. Anche Wundt come i suoi predecessori è costretto a fare una scissione tra lo studio delle sensazioni, percezioni e della memoria che possono essere studiate con il metodo scientifico e lo studio dei fenomeni legati al pensiero, alle emozioni e alla volontà che non possono essere indagati sperimentalmente e richiedono un approccio descrittivo e quindi più filosofico.

Nuove scuole di pensiero

Gli allievi di Wundt formano in America delle nuove scuole di pensiero come lo Strutturalismo di Edward Titchener e il Funzionalismo di William James che vennero poi screditate lasciando il posto al Comportamentismo, nato in Russia con Ivan Pavlov e trasferitosi in America nel 1913 con uno dei suoi massimi esponenti John Watson. Il Comportamentismo paragona la mente ad una Black Box e proclama il comportamento come unico oggetto d'indagine. Il suo fine è individuare le condizioni ambientali (stimoli) che provocano certi tipo di comportamenti (risposte).

Il comportamentismo e le sue critiche

Si affermano in quegli anni i movimenti di Antimentalismo, contro la credenza che la comprensione della mente umana sia decisiva per la comprensione del comportamento e il Riduzionismo, che propone il comportamento spiegabile in termini fisiologici. Burrhus Skinner pone i rinforzi e le punizioni come condizioni favorevoli alle modificazioni e anche al controllo dei comportamenti umani e animali.

Nel 1957 dopo la dura critica di Noam Chomsky nei confronti del Comportamentismo, questa scuola di pensiero che aveva bollato la mente perché non scientificamente studiabile assista ad una rapida discesa lasciando posto a quella che poi sarebbe diventata la Psicologia Cognitiva.

Cosa sono le scienze cognitive?

Le scienze cognitive sono un tentativo interdisciplinare, con l'aiuto della Psicologia, dell'Informatica, della Filosofia, della Linguistica, dell'Antropologia e delle Neuroscienze di capire il processo del pensare e definire il concetto di intelligenza e come essa operi in esseri biologici o artificiali.

Come sono nate le scienze cognitive?

Secondo Gerdner le scienze cognitive sono nate l'11 Settembre del 1956 ad un simposio sulla teoria dell'informazione tenutosi al Massachusetts Institute of Technology (MIT). Da lì molti studiosi di varie discipline si sono riuniti per affrontare questioni riguardanti la natura della mente e il come la conoscenza è rappresentata, immagazzinata e utilizzata dalla mente.

Prima di arrivare all'11 Settembre 1956 e quindi alla nascita delle scienze cognitive, la combinazione di Cibernetica, dei Calcolatori in fase di sviluppo, della creazione di reti neurali artificiali, della psicologia cognitiva che stava muovendo proprio in quegli anni i suoi primi passi, dell'intelligenza artificiale e della linguistica ha fatto sì che ci fosse la necessità di formare questa nuova scienza.

La Cibernetica e il contributo di Norbert Wiener

Il termine Cibernetica nasce ufficialmente nel 1948 ad opera di Norbert Wiener, un biologo e studioso della matematica. È stato il primo precursore delle scienze cognitive e studia i processi di controllo e la regolazione dei sistemi biologici per tentare una simulazione su sistemi artificiali. È legato al concetto di omeostasi in quanto studia i processi in cui i sistemi biologici riescono a regolare i propri componenti interni in seguito a mutamenti esterni nei viventi per tentare di riprodurli artificialmente.

Questa regolazione è legata al concetto di feedback e retroazione, ovvero di quel processo in cui le informazioni generate da un sistema ritornano al sistema stesso, consentendo a quest'ultimo di regolare il proprio comportamento. Ipotetica capacità di autoregolarsi agli occhi di Wiener. Egli si dimostrò molto attivo nella progettazione e nello sviluppo di questa forma di autoregolazione e a questo proposito collaborò con figure come Vannevar Bush per la progettazione di sistemi di batterie antiaeree per riuscire a calcolare e correggere i dispositivi di puntamento missilistico, con Howard Aiken e John von Neumann con i quali raggrupparono teorici di diverse discipline per una conferenza sulla retroazione e che vedeva l'impegno delle parti per formare riviste scientifiche e continuare gli incontri. Questo progetto durò solamente 8 anni fin quando la guerra finì e con essa anche le conferenze sulla cibernetica. Alcune di queste idee però vennero riprese pochi anni dopo dagli scienziati cognitivisti.

L'intelligenza artificiale e i calcolatori

Anche l'intelligenza artificiale e i calcolatori hanno svolto un ruolo importante per lo sviluppo delle scienze cognitive. Per calcolo si intende in insieme di istruzioni applicabili in modo meccanico ed automatico che non segue l'euristica ma segue una logica algoritmica. Negli anni della seconda guerra mondiale, l'esercito inglese chiese aiuto a diversi studiosi per la realizzazione di un dispositivo capace di decriptare i messaggi cifrati dei tedeschi. Tra essi era presente anche Alan Turing che con il suo immenso lavoro riuscì, nel centro di Bletchley Park, a mettere a punto una serie di macchine BOMBE, che con una sola valvola elettrica per la commutazione rapida riusciva a decifrare i messaggi criptati di ENIGMA, la macchina costruita appositamente con una serie di rotori che permutavano le lettere dell'alfabeto in modo da variare continuamente le lettere dell'alfabeto. Gli esperti di Bletchley Park misero a punto anche COLOSSUS, una macchina con più di 2000 valvole impegnata per la decodifica del testo cifrato FISH che i tedeschi utilizzavano per le comunicazioni particolarmente importanti.

John von Neumann e l'architettura dei calcolatori

Prima che la psicologia si distaccasse dalla medicina per creare una scienza a sé, molti scienziati hanno cercato di applicare questa parapsicologia per applicarla all'informatica. John von Neumann, sempre in ambito bellico, realizzò la sua architettura di base che comprendeva la distinzione tra la memoria di un computer e la sua unità di elaborazione centrale (CPU). Egli fu estremamente innovativo nel riconoscere che le istruzioni che costituiscono il programma possono essere immagazzinate in memoria insieme ai dati su cui dovevano essere compiute le operazioni. Queste operazioni vengono compiute in cicli nella CPU. Ad ogni ciclo dati ed istruzioni sono trasferiti nella CPU, la quale esegue le istruzioni e restituisce i dati dalla memoria. John von Neumann dichiarò esplicitamente di essersi ispirato al funzionamento della mente umana per creare la sua architettura di base.

La psicologia cognitiva e l'approccio HIP

La psicologia cognitiva ha usato nel periodo della sua gestazione il calcolatore come metafora dei processi mentali utilizzando l'approccio Human Information Processing (HIP). Quando la scienza cognitiva non era ancora nata, gli studiosi si sono ispirati alla mente umana per progettare delle macchine pensanti, in seguito alla nascita delle scienze cognitive, gli psicologi cognitivisti si sono ispirati al calcolatore per definire le loro teorie sulla mente. Ciò rappresenta uno dei paradossi della psicologia cognitiva.

Turing e l'A.I.

L'uso dei calcolatori per studiare il pensiero è nato dalle idee elaborate da Alan Turing, il quale propose una macchina ideale per eseguire i calcoli.

La macchina di Turing

• Un nastro di lunghezza infinita costruita da una sequenza di celle in cui ognuno aveva un valore di 0 oppure 1;
• Una testina in grado di leggere il valore di ogni cella e di modificarlo (sovrascriverlo). Esiste anche una terza componente che determina lo stato della macchina stessa.

Turing dimostrò che per ogni serie ben definita di operazioni formali, come quelle dell'aritmetica, era possibile progettare una macchina di Turing in grado di utilizzarla.

Esempio di macchina per l'addizione

• INPUT: gli addendi sono rappresentati da una serie di 1;
• STATO INIZIALE (A): la testina è posizionata sul primo 1;
• STATO FINALE: output, ovvero somma degli addendi;
• PROGRAMMA: istruzioni necessarie per passare dallo stato iniziale a quello finale.

0011011100 --› somma 2+3 --› 0001111100

• Stato A: Se 1 scrivi 0 e passa a B e vai a destra; Se 0 vai a destra.
• Stato B: Se 1 vai a destra; Se 0 scrivi 1 e passa a fine.

Turing dimostrò che era (idealmente) possibile costruire una macchina universale che poteva simulare il funzionamento di ogni macchina di Turing. Pertanto una macchina di Turing universale sarebbe stata in teoria in grado di eseguire qualsiasi serie ben definita di operazioni. Se si fosse riusciti a dotare un calcolatore di von Neumann (programmato in modo opportuno) di una memoria infinita, questo si sarebbe trasformato in una macchina di Turing Universale reale, in grado di realizzare tutte le operazioni formali possibili.

Le domande di Turing

La realizzazione di operazioni formali può essere considerata una condizione sufficiente per definire un'attività di pensiero? Il pensiero può essere realizzato attraverso l'esecuzione esclusiva di una serie (molto complessa) di operazioni formali?

Nel 1950 Turing propose un test della capacità di pensiero che è simile ad un gioco in cui sono coinvolti tre giocatori: due esseri umani e un calcolatore. Il test prevede l'interazione tra due soggetti e una macchina, l'interrogante attraverso l'uso di una tastiera e sapendo della presenza di un uomo e di una macchina al di là della parete doveva distinguere se a rispondere era la macchina o l'uomo. Se l'interrogante non riusciva a distinguere tra i due allora il test era superato e l'attività della macchina poteva essere considerata un processo di pensiero.

Turing aveva aperto le porte dell'AI senza farne esplicito riferimento e senza esserne consapevole. Tuttavia, essendo Asperger, non aveva preso in considerazione le emozioni, le macchine non riescono a simulare le emozioni (ad oggi solo le ironie).

Il progresso dell'intelligenza artificiale

All'inizio degli anni '50 i fondamenti teorici dell’AI erano stati gettati, tuttavia restavano ancora da realizzare dei sistemi in grado di esemplificare aspetti del pensiero umano. Questo compito spettò a Newell e Simon, i quali misero a punto un prototipo a cui si sarebbe ispirata la nuova impresa di produrre un sistema artificiale intelligente in modo concreto. Simon era laureato in Scienze Economiche e nel 1978 i suoi studi sul funzionamento delle organizzazioni umane gli valsero il premio Nobel per l'economia. I suoi studi criticavano duramente la Teoria della scelta razionale, secondo la quale un agente razionale deve scegliere tra varie azioni.