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Come funziona la nostra mente

Che cos'è la simulazione

La simulazione è una categoria concettuale, ormai entrata nel linguaggio comune e nel bagaglio delle conoscenze di un numero sempre più ampio di persone. Essa rimanda alla nostra capacità mentale di riprodurre, anticipare e progettare specifici aspetti della realtà in termini sia positivi sia negativi:

• Fra i positivi è sufficiente pensare al ricorso molto esteso di dispositivi e percorsi di simulazione nel mondo di oggi: dalle condizioni di volo alle operazioni chirurgiche. In questo ambito rientra anche la simulazione creativa mediante la capacità, tutta umana, non solo di “riprodurre” fenomeni e processi della realtà, ma anche di “produrre realtà” mediante la creazione di nuove teorie, artefatti, prodotti.
• Fra i negativi, la simulazione rimanda alla capacità, anche questa tutta umana, di trasformare, manipolare e inventare la realtà nel momento stesso in cui la riproduciamo.

Assieme al tradizionale metodo della sperimentazione, la simulazione rappresenta un percorso versatile e potente, efficace e valido per spiegare come funziona la mente umana e per giungere alla comprensione e spiegazione dei fenomeni e dei processi, qualunque essi siano. In questa traiettoria, il ricorso al computer si è dimostrato e si dimostra sempre di più un ausilio utile e produttivo.

Partiamo dalla spiegazione

Spiegarci le cose è una necessità per la nostra specie. Se non riusciamo a raggiungere questo traguardo, andiamo incontro allo smarrimento mentale. Questa situazione di fragilità genera in noi una condizione di confusione e ci conduce a prendere decisioni affrettate e spesso sbagliate.

• La spiegazione come vincolo. Partiamo dal principio di causalità. Possiamo affermare che la ricerca delle cause costituisca un vincolo mentale universale, esito selettivo specifico dell’evoluzione della nostra specie. Non possiamo capire noi, gli altri e gli stati del mondo se non attraverso il ricorso a cause. Tale vincolo implica che l’evidenza non è per noi sufficiente. Abbiamo subito bisogno di domandarci perché è così. Spiegare è una forma di comprensione delle relazioni naturali fra causa ed effetto, poiché conduce a formulare asserzioni sul perché si verificano certe connessioni fra due o più fenomeni. Tale concezione della causalità naturale consente di spiegare buona parte dei fenomeni fisici considerati. Non è questione di apprendimento associativo attraverso la contiguità spazio-temporale fra causa ed effetto, come riteneva Hume. Piuttosto, siamo di fronte a una sorta di un “primitivo” della mente umana che entra regolarmente in funzione e che compare assai precocemente nel neonato. Come dice Keil siamo di fronte all’illusione del potere esplicativo che promuove forme efficaci di adattamento attivo al nostro habitat facendo ricordo a modelli fondati sia sulla ragione che sulle credenze.
• Il modello nomologico-deduttivo. Per spiegare gli accadimenti di solito ogni individuo fa ricorso all’enciclopedia delle sue conoscenze e credenze. Siamo alla presenza di spiegazioni ingenue, poiché non sono verificate sul piano teorico né empirico. A fronte di questa linea di condotta, le spiegazioni scientifiche si propongono di fornire una risposta attendibile a una domanda e di individuare una soluzione verosimile ed efficace a un problema. Gustav, Hempel e Paul Oppenheim partendo dal principio di verificazione ritengono che la spiegazione scientifica consista nell’argomentazione deduttiva a partire da una legge generale applicata a eventi particolari. È il cosiddetto modello nomologico-deduttivo. Galileo Galilei, secondo la sua concezione, la spiegazione consisteva nella scoperta di leggi invarianti attraverso misurazioni ed equazioni matematiche. L’oggettivismo scientifico prevedeva una conoscenza vera della natura e implicava una netta separazione fra osservatore e fenomeno osservato. Nel tempo questa posizione è andata incontro a una profonda revisione a seguito della rivoluzione einsteiniana e alla meccanica quantistica con il principio di indeterminazione di Heisenberg. Anche nelle scienze fisiche si è dovuto ammettere che il punto di vista dell’osservatore fa parte intrinseca del fenomeno osservato. Einstein e Infeld, sostengono che in qualità di esseri umani siamo incapaci di confrontare direttamente la rappresentazione percettiva del mondo con il mondo esterno. L’integrazione del punto di vista dell’osservatore nel fenomeno osservato ha modificato radicalmente le scienze fisiche e biologiche. Si è presa consapevolezza che le leggi naturali semplicemente descrivono la regolarità con cui si presenta un dato fenomeno, senza spiegare perché e come esso avviene. Nell’ambito delle scienze umane occorre aggiungere che non vi sono leggi universali, ma solo leggi situate, limitate a uno specifico settore, con certe variabili.
• Spiegazione come naturalizzazione. Spesso in psicologia si fa coincidere la spiegazione con la naturalizzazione dei fenomeni. Se un processo psicologico è naturale, esso appare spiegato in modo esauriente, poiché non vi è nulla da aggiungere a tale spiegazione. È la prospettiva dell’innatismo che ha fatto ricorso a concetti quali temperamento, predisposizioni biologiche ecc. L’equazione: spiegare i fenomeni psicologici → naturalizzarli rischia di essere riduttiva. Bateson aveva posto in evidenza che fare ricorso alla natura per spiegare la condotta umana è la spiegazione più semplice che possa esistere. Per quanto riguarda la spiegazione del comportamento umano, occorre ricercare la compatibilità fra le spiegazioni speculative e quanto oggi conosciamo circa il funzionamento del cervello. In effetti, la comprensione teorica della simulazione, al pari di qualsiasi altra teoria sulle funzioni psichiche degli individui, non può non fare i conti con i “fatti cerebrali”, ossia con le strutture e i processi nervosi del cervello. Qualsiasi ipotesi sulla condotta umana implica una serie di assunzioni sul funzionamento dell’organismo e attribuisce in modo diretto o indiretto un insieme di proprietà al cervello. Occorre verificare se siano effettivamente riscontrabili nell’architettura delle aree cerebrali e nel disegno delle loro interconnessioni, poiché una teoria che assegni al cervello proprietà che non possiede è da ritenersi legittimamente infondata.
• Gli esseri umani come sistemi teleonomici. La mente umana deve trattare non solo entità di natura fisica, ma anche quelle di natura psicologica. La fisica ingenua va integrata con la psicologia ingenua. Questa forma di dualismo ingenuo dà adito alla cosiddetta “ipertrofia” delle risorse cognitive nei confronti degli esseri animati, cui sono attribuiti in modo sistematico intenzioni, desideri e scopi anche là dove essi non esistano. Il fondamento della causalità fisica è la forza, quello della causalità psicologica è l’intenzione. La contiguità temporale è necessaria per entrambe, mentre quella spaziale è vincolante solo per la forza. Per l’intenzione invece risulta indispensabile la presenza di un agente causale che in modo volontario avvii un’azione. È una dimensione della realtà cui è molto sensibile il bambino piccolo. L’esito di questa predisposizione mentale è la tendenza a ricercare e individuare la funzione sottesa al funzionamento di ogni entità naturale oltre che di quelle artificiali. Gli umani costituiscono sistemi teleonomici, la cui configurazione è indirizzata a svolgere una funzione e raggiungere uno scopo. L’atteggiamento teleologico è dominante nei bambini. Lo stesso atteggiamento vale per gli adulti inclini ad attribuire intenzioni non solo agli esseri animati, ma anche agli oggetti.
• Spiegazione come “spacchettamento”. Spiegare un fenomeno significa non solo individuare perché è così, per quale scopo, ma anche come si svolge. Sono processi che si implicano a vicenda. Se non si capisce qualcosa, non si è nemmeno in grado di spiegarlo e di produrlo. Per Johnson-Laird il fondamento psicologico della comprensione consiste nell’avere nella propria mente un “modello operativo” del fenomeno. La spiegazione come descrizione del funzionamento di un fenomeno riguarda non solo i fenomeni fisici, ma anche le abilità degli individui. Per capire come funziona un fenomeno bisogna definire il fenomeno in oggetto, riuscendo a distinguerlo da altri analoghi. È la competenza a individuare il sistema delle differenze esistenti fra entità simili, ma non identiche. In secondo luogo occorre “spacchettare” tale fenomeno: smontarlo nelle sue varie componenti. È il modello componenziale elaborato da Leibniz per analizzare il moto. Tale metodo, che prevede una “scomposizione a tratti” individuando le componenti principali del fenomeno da analizzare, fu perfezionato da Trubeckoj per l’analisi dei significati in base alle condizioni necessarie e sufficienti. In questa analisi occorre descrivere quali relazioni esistano fra le diverse parti in gioco e attraverso quali determinazioni siano misurate e valutate. In questa prospettiva, la spiegazione di un fenomeno ha poco a che fare con la sua eventuale correlazione con altri fenomeni. In diversi casi si assume in modo distorto che la correlazione abbia un valore causale in una direzione o nell’altra. In realtà, il fatto che due fenomeni siano correlati fra loro non ci permette di inferire in nessun modo che l’uno sia causa dell’altro o viceversa. Semplicemente essi viaggiano in parallelo e hanno dei legami che rimandano a un altro fenomeno di livello superiore. Per entrare nel territorio della spiegazione occorre considerare qualsiasi processo come sistema, una collezione organizzata di diversi elementi interagenti e connessi fra loro tramite reciproche relazioni, coinvolti a raggiungere il medesimo scopo. Se la spiegazione di un certo processo consiste nella capacità di descriverlo in modo accurato, di smontarlo nelle sue componenti, di analizzarlo in modo logico e di rimontarlo, occorre fare riferimenti a espliciti “criteri di protocollarità”. I protocolli consistono in risposte immediate e accurate a domande precise e puntuali. Tali risposte si ottengono attraverso operazioni eseguibili sulle cose e sui processi stessi. Una spiegazione implica quindi il rimando a una teoria, intesa come un insieme coerente e parsimonioso di assunti e ipotesi, di enunciati e dimostrazioni, empiricamente fondati, con i quali uno studioso si propone di individuare i dispositivi e i processi sottesi ai fenomeni studiati, in grado di dare ragione di certe evenienze e delle regolarità osservate, nonché di fare previsioni attendibili sull’evoluzione dell’attuale stato di cose. Una teoria appartiene a un certo dominio scientifico, per cui ogni scienza si qualifica per un corpo più o meno esteso di teorie.

Le vie della spiegazione: sperimentazione e simulazione

Per giungere a una spiegazione scientifica si possono seguire diversi percorsi. In passato si era ritenuto che gli esseri umani, dotati di autoconsapevolezza fossero in grado di giungere a una spiegazione esauriente dei fenomeni attraverso l’introspezione meticolosa di se stessi. Tale strada si è rilevata impercorribile, poiché era soggetta a un numero eccessivo di distorsioni. Per arrivare a una spiegazione soddisfacente anche nell’ambito delle scienze umane si fa ricorso a diversi metodi.

La via sperimentale

La scienza, in particolare le scienze della natura, sono sorte grazie alla sperimentazione rigorosa e verificabile. È un procedimento ormai standardizzato che risale a Newton e a Galileo e che prevede un metodo codificato per giungere a conclusioni dettagliate, precise e fondate su evidenze empiriche. Nel metodo sperimentale le ipotesi teoriche sono formulate in termini quantitativi e matematici, poiché il linguaggio matematico non solo consente una maggiore precisione dei significati e dei simboli, ma offre altresì la possibilità di procedere a calcoli più o meno sofisticati e verificabili. Diventa essenziale prevedere un controllo rigoroso di tutti i passaggi attraverso cui si compiono le operazioni sopra indicate. Si definiscono e si scelgono le variabili in gioco, poiché è impossibile considerare nello stesso tempo tutte le componenti di un fenomeno. Le variabili che non sono prese in considerazione sono trattate come costanti. Si distinguono fra le variabili indipendenti, sotto il controllo dello sperimentatore, rispetto alle variabili dipendenti che misurano gli effetti del trattamento in oggetto. Poiché non è possibile una verifica diretta dell’ipotesi di ricerca, il ricercatore si sente autorizzato ad accettarla solo se riesce a dimostrare che l’ipotesi contraria è falsa. Il rigetto dell’ipotesi nulla avviene unicamente su base probabilistica, sapendo in ogni caso di correre il rischio di commettere un errore. Accettare o rifiutare l’ipotesi sperimentale è frutto di una decisione statistica. Il metodo sperimentale richiede un controllo rigoroso e costante. Per tale motivo spesso si realizzano gli esperimenti in laboratorio. Il problema di questi è la loro validità ecologica. Occorre verificare quanto i risultati conseguiti in condizioni innaturali si possano estendere agli ambienti naturali, ricchi di altre variabili.

La simulazione

Un altro percorso per descrivere, capire e spiegare l’ambiente che ci circonda è rappresentato dalla simulazione. Non è solo la rappresentazione dinamica del comportamento di un sistema passando da uno stato a un altro secondo regole operative ben definite. Piuttosto, è la riproduzione di eventi attraverso l’elaborazione di appositi modelli. Di per sé la simulazione è un’approssimazione attendibile e valida a fenomeni del mondo per studiarne e conoscerne meglio le proprietà, in condizioni sia standard sia estreme, per individuarne i cambiamenti. A livello etimologico “simulazione” deriva dal latino “insieme” e vuol dire “fare il simile”. La simulazione consiste in un modello che su scala ridotta ricalca e riproduce in modo dinamico il comportamento di un dato fenomeno. Più precisamente, la simulazione va intesa come l’analisi di un sistema attraverso lo studio dell’evoluzione di un suo modello nel tempo. Un modello in scala è sempre un modello di qualcosa, una sua rappresentazione rispettosa delle proprietà dell’originale, realizzato ad uno scopo. In siffatta prospettiva, la simulazione consiste in un modello in cui i rapporti sono strutturati ed evolvono nel tempo in modo simile a quelli del fenomeno che viene riprodotto. Fra modello e fenomeno esiste una struttura equivalente e dinamica di rapporti, ossia il modello funziona in modo corrispondente al fenomeno considerato. In quanto modello, la simulazione è una rappresentazione dei fenomeni e processi che hanno luogo nella realtà così come siamo in grado di osservarla e di conoscerla. La rappresentazione di un oggetto è una condizione fisica che sta per quell’oggetto e trasmette informazioni a esso congruenti. Se la simulazione “rappresenta” un fenomeno, occorre che essa sia in grado di rispondere alla seguente domanda: “che cosa succede se” si verificano certe condizioni. È strettamente connessa con ipotesi di situazioni nuove e impreviste. Ciò che non è in questo momento, ma che può accadere in futuro. La verifica della realizzabilità effettiva di queste ipotesi e del loro valore di impatto si fonda in modo decisivo sulla simulazione delle loro diverse piste di realizzazione, ottenendo per ciascuna di esse vantaggi e svantaggi. Per questa ragione, la simulazione ha una lunga storia ed è stata impiegata fin dall’antichità. Ai giorni nostri, presso il Neurosciences Institute della Rockefeller University di New York “vive” un artefatto di nome NOMAD sviluppato da Edelman in grado di simulare la mente umana, poiché è il primo oggetto non vivente capace di “apprendere” nel senso biologico del termine attraverso l’esperienza diretta dell’ambiente. È un prototipo dei “dispositivi basati sul cervello” che sono seguiti a NOMAD. In quanto riproduzione, la simulazione non è la realtà. La simulazione non solo si ferma ai fenomeni, ma non è nemmeno una loro fotocopia statica. Piuttosto, è una loro elaborazione dinamica e contingente.

Simulazione e intelligenza artificiale

Simulazione analogica e simulazione virtuale

La simulazione ha ricevuto un impulso molto forte nel corso di questi ultimi decenni grazie alla costruzione e allo sviluppo sempre più sofisticato dei computer. Grazie alla loro complessità e versatilità sono dispositivi particolarmente idonei a simulare molti aspetti della realtà. Possiamo distinguere tra:

• Simulazione analogica: si avvale di qualche dispositivo che ricrea “fisicamente” gli aspetti della realtà oggetto di studio e di analisi. Siamo di fronte ad artefatti concreti che consentono di visualizzare ed esaminare il comportamento reale dei modelli nelle diverse condizioni ambientali.
• Simulazione virtuale: avvalendosi del supporto di un computer, si pone un mondo virtuale. I fenomeni reali da simulare sono riprodotti attraverso l’elaborazione di programmi sofisticati e l’architettura del computer. Occorre tenere presente che in un computer digitale nulla è continuo a differenza dei processi reali. Tuttavia i vantaggi delle simulazioni virtuali sono molto forti rispetto ai vantaggi di quelle analogiche.

L'incontro fra la simulazione e l'intelligenza artificiale

Nel suo insieme la simulazione ha ricevuto un forte impulso con il paradigma dell’Intelligenza Artificiale (IA), la cui nascita è collegata con la Conferenza di Dartmouth del 1956.