Corso di Intelligenza Artificiale a.a. 2012/13 – Viola Schiaffonati. Il cervello è un
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Corso di Intelligenza Artificiale a.a. 2012/13 – Viola Schiaffonati
Il cervello è un computer? Definire l’obiettivo L’obiettivo di queste due lezioni è di analizzare la domanda, apparentemente semplice, “il cervello è un computer?”. Questa domanda, in realtà, è particolarmente difficile perché a) richiede un ampio orizzonte di conoscenze b) le conoscenze che abbiamo, soprattutto del cervello, sono limitate c) non è possibile la sperimentazione diretta. Per ovviare a queste difficoltà e per circoscrivere il problema a un ambito puramente ingegneristico-informatico, occorre ridefinire l’obiettivo. Vogliamo quindi mostrare in quale senso sia corretto parlare di un’identificazione di cervello e computer e per quali ragioni, invece, questo paragone risulti inadeguato. In generale il problema del rapporto fra computer e cervello può essere analizzato da diverse prospettive: -
Confronto strutturale: sebbene possa essere interessante valutare l’architettura di un computer e metterla in relazione con quella del cervello, tuttavia questo paragone riguarda solo uno degli aspetti e quindi non è in grado di spiegare come l’intelligenza possa realizzarsi nel computer ed, eventualmente, nel cervello.
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Confronto sintattico: analizzare il modo in cui computer e cervello manipolano simboli è stato a lungo considerato un buon modo di confrontare questa due entità. Anzi, sulla base dell’ipotesi del sistema fisico di simboli (Newell e Simon 1976), anche il cervello è stato principalmente considerato come manipolatore di simboli. Tuttavia, negli ultimi trent’anni, diverse critiche sono state mosse a questa ipotesi. Le più stringenti si basano sulla netta distinzione fra manipolazione simbolica e comprensione, come per esempio il famoso argomento della stanza cinese (Searle 1980), in cui è centrale il concetto di intenzionalità, ovvero la capacità di avere una rappresentazione dell’informazione in relazione con il mondo esterno.
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Confronto semantico: sulla base delle critiche all’idea che il confronto fra cervello e computer possa avvenire solo a livello sintattico, il nostro obiettivo è di analizzare il rapporto fra cervello e computer focalizzandoci sugli aspetti semantici. Dal momento che la capacità di attribuire significato a dei segni è una componente essenziale del cervello, ciò significa che è possibile indagare in quale modo segni e simboli elaborati dal cervello e dal computer assumano, ammesso che lo facciano, un significato.
I concetti da definire per costruire l’argomentazione Condizioni di sensatezza e di verità Condizioni di sensatezza: serie di vincoli senza i quali la domanda risulterebbe priva di senso (una domanda insensata non ammette alcuna risposta) e la prosecuzione dello studio non avrebbe alcun senso. Almeno a prima vista la nostra domanda non appare insensata. Sembrano esserci delle ragioni condivise (ricorrenza e frequenza di tale domanda) per sostenere un paragone fra computer e cervello. Condizioni di verità: condizioni per cui la domanda ammette una risposta positiva. Poste dunque le condizioni, se tutte queste condizioni sono rispettate, si può concludere che la domanda ha una risposta positiva. Stabilire le condizioni di verità, quindi, non solo è un’operazione complessa, ma anche sensibile: a seconda delle condizioni è infatti possibile giungere a una risposta positiva piuttosto che a una negativa.
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La risposta alla domanda iniziale si fonda su un’analisi accurata e precisa dei termini in questione. Se per il termine cervello accettiamo la definizione intuitiva e condivisa di organo, la nostra attenzione si concentrerà su quella di computer che non dovrà essere né troppo generica (rischio che ogni oggetto finisca per essere un computer e quindi anche il cervello) né troppo specifica (rischio di non fare rientrare nella definizione gli attuali computer). Requisito minimo è che alla classe dei computer appartengano tutti i computer di cui si fa esperienza quotidianamente, ossia tutti i sistemi in grado di eseguire computazioni, adottando così una definizione di computer indipendente dalla sua implementazione. Definizione di macchina Generalmente quando si parla di computer il genere a cui si fa riferimento è quello di macchina. Con il termine macchina si definisce un sistema fisico che realizza un processo causale. Il termine sistema designa un insieme di entità che costituiscono un’unità in cui ciascun componente interagisce con altri componenti e concorre a realizzare un processo causale. Ecco quindi che i vincoli di questa definizione sono: il fatto che si tratti di un sistema fisico la cui identità e i cui confini siano fisicamente distinguibili; che il sistema realizzi un processo causale (connessione fra due eventi in virtù del quale il secondo consegue dal primo). Ora, poiché non intendiamo dare una definizione di macchina in base all’architettura (affermare per esempio che un computer sia la realizzazione fisica di una macchina di von Neumann vincola eccessivamente la definizione di computer), una definizione di macchina in base alla funzione da essa svolta sembra essere più promettente. Ma qual è la funzione di un computer? Se, infatti, ci si limita a considerare i computer come macchine in grado di eseguire computazioni, molti oggetti non comunemente considerati tali potrebbero essere definiti come computer. Occorre quindi molta attenzione e un ulteriore raffinamento della nostra definizione di macchina. Il concetto di macchina può essere suddiviso nelle seguenti categorie: -
Macchina artefatto: macchina creata dall’uomo secondo un preciso disegno (indispensabile l’esistenza di un progetto antecedentemente alla sua realizzazione). Limiti dell’artefatto sono quelli definiti dall’artefice (già a livello di progetto). Questa definizione si può applicare al concetto di computer, ma non a quello di cervello (che non è un prodotto artificiale e nemmeno l’implementazione di un progetto).
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Macchina naturale: sistema fisico che realizza un processo causale e che non è stato creato o modificato dall’uomo. I confini di una macchina naturale non sono chiari: non esistendo un progetto a cui tali macchine si conformano (come nel caso delle macchine artefatto), è rimessa all’uomo la decisione di stabilire quali siano i limiti di una macchina naturale. o
Macchina naturale biologica: in questa categoria rientrano gli organismi e gli esseri viventi considerati come macchine dotate di autopoiesi (ad esempio le cellule), ossia della capacità di produrre se stesse. Sebbene non applicabile al concetto di computer, la definizione di macchina naturale autopoietica potrebbe essere applicata al cervello.
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Macchina naturale non biologica: in questa categoria rientrano le macchine non viventi (ad esempio un bacino idrico i cui confini devono essere stabiliti arbitrariamente, ma non irrazionalmente, da un essere umano). Dato che né il computer né il cervello rientrano in questo sottoinsieme non ce ne occuperemo ulteriormente.
Attribuzione di funzione Per poter riprendere lo studio della funzione di un computer, è necessario introdurre il concetto di attribuzione di funzione. Sulla base di (Searle 1992), si definisce attribuzione di funzione la capacità dell’uomo (e di alcuni animali di livello superiore) di utilizzare certi oggetti come strumenti. E’
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possibile distinguere due differenti forme di attribuzione di funzione a seconda del rapporto con l’oggetto cui si riferiscono, anche se in entrambi i casi si tratta sempre di un’operazione dipendente dal soggetto: -
Attribuzione di funzione d’uso: funzione attribuita ad un oggetto la cui fisica è sufficiente a realizzare la funzione stessa (ad esempio una penna la cui funzione di scrittura è garantita dalla natura stessa della penna).
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Attribuzione di funzione di status: funzione attribuita ad un oggetto la cui fisica non è sufficiente a realizzare la funzione stessa (ad esempio una banconota la cui funzione di potere di scambio non è determinata dalla natura del pezzo di carta che costituisce la banconota). Tra le attribuzioni di funzioni di status quelle che ci interessano sono le attribuzioni di funzioni di status semantiche, ossia l’attribuzione ad un oggetto del potere di significare qualcosa (ad esempio una parola la cui funzione di significare è data dalla semantica della parola).
Se nelle macchine artefatto l’attribuzione di funzione è data dal creatore dell’artefatto (è definita a priori ed è il fine per cui l’artefatto viene creato), negli organismi la questione risulta più complessa. Infatti, nelle macchine naturali non biologiche (ad esempio un fiume), la funzione non è implicita ma al più è assegnatagli dall’uomo (ad esempio nel caso di un fiume l’utilizzo dell’acqua per il raffreddamento di uno scambiatore di calore). Nelle macchine naturali biologiche (ad esempio il cervello) relativamente alla funzione ad esse connessa esistono pareri discordanti. Secondo i filosofi gli organi umani non hanno implicitamente una funzione, mentre secondo i biologi, che si appellano ai concetti di fitness ed evoluzione, la funzione di qualsiasi organo è subordinata al fine ultimo di favorire la propagazione del proprio patrimonio genetico. Rappresentazione Il concetto di rappresentazione è fondamentale per potere studiare il rapporto fra cervello e computer in quanto permette di analizzare in che modo possa essere attribuito un significato a dei simboli e in che modo essi possano riferirsi al mondo reale. Inoltre, cervello e computer, se analizzati dalla prospettiva semantica che abbiamo detto, apparentemente hanno in comune la capacità di elaborare rappresentazioni. Con il termine rappresentazione indichiamo ciò che i filosofi definiscono intenzionalità ossia la facoltà attraverso cui la mente è in grado di dirigersi verso gli oggetti e gli elementi della realtà. Si possono distinguere due tipi fondamentali di rappresentazioni: -
Rappresentazioni intrinseche: che si realizzano e assumono un contenuto all’interno della mente dell’uomo per mezzo della coscienza (ad esempio avere fame); si tratta quindi della capacità degli stati di coscienza di fare riferimento al mondo esterno.
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Rappresentazioni derivate: rappresentazioni cui è attribuito un contenuto da parte di un gruppo di osservatori. Sono sempre dipendenti dagli osservatori che assegnano un significato basandosi sulle proprie rappresentazioni intrinseche (ad esempio una frase il cui significato esiste solo in relazione agli osservatori); nel caso delle rappresentazioni di un computer il significato è attribuito da osservatori.
Caratterizzazione delle macchine per input e output Una prima approssimata definizione di computer, che si basa su quanto analizzato fino ad ora, lo considera come macchina artefatto con limiti ben precisi e netti (dati dal suo essere artefatto) in grado di gestire input e output simbolici (ovvero una sequenza di attività semplici cui è attribuito un significato). Si potrebbe ora supporre che ciò che distingue un computer da altre macchine artefatto sia proprio la natura degli input che riceve e degli output che produce. Per sostenere questa ipotesi
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dobbiamo analizzare più accuratamente input e output. Basandoci su una distinzione fra input e output fisici e input e output simbolici. I primi sono input e output materiali che risultano da forze concretamente applicate da un agente o esercitate da una macchina, non sono oggetto di alcuna attribuzione di funzione di status semantica e il loro riconoscimento è indipendente da eventuali osservatori. I secondi sono anch’essi materiali ma latori di un significato realizzato mediante un’attribuzione di funzione di status semantica. Possiamo così categorizzare le macchine sulla base degli input e degli output che gestiscono: -
Trasduttori-sensori: input fisico – output simbolico (es: termometro)
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Trasduttori-effettori: input simbolico – output fisico (es: termostato)
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Bitrasduttori: input simbolico – output simbolico (es: computer)
Definizioni di computer e cervello Secondo tali definizioni, quindi, un computer è un’istanza di bitrasduttore (ma non ogni bitrasduttore è un’istanza di computer) in cui l’output simbolico è una funzione dell’input simbolico. Tale definizione risulta sufficientemente ristretta da non comprendere né oggetti comunemente non considerati come computer (ad esempio elettrodomestici) né il cervello; inoltre, è sufficientemente ampia da comprendere tutte le tipologie esistenti di computer indipendentemente da tecnologia e complessità. In questo contesto si ritiene conveniente applicare il concetto di macchina anche al cervello. Anche se a prima vista ciò può sembrare inadeguato, tuttavia se consideriamo le definizioni date non sembra che applicare questa categoria alla definizione di cervello sia errato. Il cervello quindi è una macchina naturale biologica bitrasduttore in cui l’input simbolico è una funzione dell’output simbolico. E’ una macchina in quanto insieme di entità che costituiscono un’unità in cui ciascun componente interagisce con altri componenti e concorre a realizzare un processo causale; è una macchina naturale biologica, in quanto non creata né modellata dall’uomo e dotata di chiusura, auto-organizzazione e autonomia (autopoiesi); infine gli input e gli output del cervello (stimoli elettrici) oltre ad essere fisici e materiali risultano avere un potere rappresentativo e quindi oggetto di un’attribuzione di funzione di status semantica. Similitudini e differenze fra computer e cervello Consideriamo in primo luogo le similitudini. Computer e cervello appartengono al medesimo genere quello delle macchine, anche se con differenze specifiche: il computer è una macchina artefatto, il cervello è una macchina naturale biologica. Computer e cervello condividono, inoltre, la medesima funzionalità data dall’appartenenza alla stessa classe di macchine (bitrasduttori). In questo modo si vede come siano soddisfatte le condizioni di sensatezza: computer e cervello non sono entità totalmente dissimili per i quali non ha senso stabilire un paragone. Passiamo ora a considerare le differenze: a livello semantico vediamo che è diverso il modo in cui è attribuito significato ai simboli elaborati da cervello e computer. Nel caso di un computer, l’attribuzione di funzione di status semantica (tramite la quale è possibile far corrispondere input ed output fisici alle rispettive controparti simboliche) è eseguita da un osservatore o una collettività che, interagendo con il computer, assegna un contenuto ai simboli elaborati. Riferendosi ai simboli elaborati da un computer, si deve dunque parlare di rappresentazioni derivate: input ed output ottengono un contenuto per mezzo di agenti che attraverso le proprie rappresentazioni intrinseche attribuiscono a input ed output condizioni di soddisfazione. Completamente diverso, rispetto al computer, il modo in cui i simboli elaborati dal cervello si relazionano con il mondo. Il cervello, infatti, funziona senza bisogno dell’intervento di alcun
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osservatore esterno. I simboli elaborati dal cervello assumono un significato all’interno del cervello stesso senza che uno o più agenti debbano attribuire o riconoscerne il significato. Si tratta dunque di rappresentazioni intrinseche che assumono il loro contenuto nella mente stessa del soggetto. Il cervello è un computer Se tralasciamo il modo con cui è assegnato significato ai simboli elaborati da computer e cervello e al tipo di rappresentazione su cui si basano, in entrambi i casi ci si trova davanti ad implementazioni reali di bitrasduttori. In condizioni di funzionamento ordinario è possibile infatti spiegare il funzionamento di computer e cervello esclusivamente a livello simbolico. Solo in condizioni di funzionamento anormale (nel caso del cervello in presenza di incoerenze) è necessario prendere in considerazione il livello fisico di computer e cervello. Oltre a questa similitudine fra computer e cervello in merito al loro funzionamento in condizioni ordinarie e non, occorre aggiungere qualcosa anche sull’apparente analogia fra le operazioni compiute dal cervello e quelle effettuate da un computer: calcolare artificiale e ragionare umano infatti dovrebbero essere caratterizzati da rigore e razionalità. Non è un caso che calcolare e ragionare siano stati spesso accostati nella tradizione dal filosofo Thomas Hobbes in poi e considerati come due operazioni equivalenti. Va tuttavia tenuto presente che il ragionare non è l’unica operazione compiuta dal cervello e ridurre tutta l’attività di quest’ultimo a calcolo potrebbe essere considerato riduttivo. Il cervello non è un computer Come abbiamo visto però computer e cervello hanno una differente relazione con la realtà. Se il computer è in grado di relazionarsi con la realtà per mezzo di rappresentazioni derivate, il cervello lo fa per mezzo di rappresentazioni intrinseche. Questa differenza chiama in causa la coscienza, che è ciò che consente di attribuire significato a una rappresentazione intrinseca nella mente dell’uomo. Infatti, seguendo (Searle 1992) una delle caratteristiche della coscienza è proprio la sua intenzionalità o rappresentatività, ossia la possibilità di essere diretta o riferirsi alla realtà esterna. E’ quindi la presenza della coscienza che permette alle rappresentazioni del cervello di riferirsi direttamente al mondo esterno, così come la sua assenza richiede la presenza di un agente che relazioni input e output simbolici prodotti da un computer con la realtà esterna. La seconda differenza riguarda il modo in cui sono determinati gli output nel computer e nel cervello. L’output di un computer è determinato da cause sufficienti: per valutare la coerenza tra input simbolici e output simbolici si tratta di valutare se a un dato ingresso corrisponda l’uscita che era stata progettata. Diverso è il caso del cervello, i cui output sono determinati da ragioni, ovvero da cause non sufficienti. La presenza di una o più ragioni in grado di giustificare o spiegare un’azione è necessaria, ma non sufficiente a determinare un output (per gli uomini infatti è sempre possibile agire contro ragione o irrazionalmente). Il comportamento del computer è interamente determinato; nel computer il legame fra input simbolico e output simbolico è completamente determinato. Al contrario, non è noto se il comportamento del cervello sia deterministico o meno. Non solo il legame non è completamente determinato, ma gode della proprietà di totalità solo in via ipotetica. Se nel computer l’output è determinato solo e soltanto dagli input ricevuti, nel cervello non è certo che il legame fra output simbolico e input simbolico possa essere spiegato a livello razionale e non sia invece influenzato dal livello dal livello fisico. Ad esempio di fronte a due alternative razionalmente giudicate equivalenti da un soggetto, la decisione di propendere per l’una piuttosto che per l’altra potrebbe essere dovuta a fenomeni di livello fisico.
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Conclusioni Sulla base di ciò che abbiamo discusso, possiamo concludere che esistono condizioni di sensatezza che rendono legittima la domanda “il cervello è un computer?”. Quanto alle condizioni di verità non tutte sono state soddisfatte e, quindi, dobbiamo concludere che il cervello non è un computer. Pur sospendendo il giudizio sugli argomenti che fanno riferimento alle differenze fra cause e ragioni e sul determinismo o meno del cervello (per i quali riteniamo di non avere sufficienti conoscenze), rimane comunque una differenza sostanziale fra computer e cervello, ovvero la differenza fra rappresentazioni derivate e intrinseche. Anche quest’unica differenza ci porta a concludere che il cervello non è un computer perché usa delle rappresentazioni differenti. Abbiamo quindi mostrato come l’analisi rigorosa delle condizioni di sensatezza e di verità di una domanda ci consenta di raggiungere quella chiarezza concettuale, sgombrando il campo da falsi problemi e soluzioni ingannevoli, che è un prerequisito irrinunciabile anche per affrontare le sfide poste dalla pratica. Abbiamo inoltre mostrato come sia possibile raggiungere alti standard di rigore e razionalità mediante un’analisi qualitativa che non utilizza numeri e simboli, ma la critica e la ragione quali strumenti indispensabili dell’indagine filosofica. Bibliografia Newell, A., Simon, H. A. (1976). “Computer Science as Emprical Inquiry: Symbols and Search”, Communications of the ACM, 19, 113-126. Searle, J. R. (1980). “Minds, Brains, and Programs”, Behavioral and Brain Sciences 3, 417-424. Searle, J. R. (1992). The Rediscovery of the Mind. MIT Press, Cambridge, MA. Zennaro, F. M. (2007). Computer e cervello a confronto: un’analisi concettuale. Elaborato di Laurea, Politecnico di Milano, anno accademico 2006/2007.
