Livelli di spiegazione e modelli per l’interazione

Corso di Interazione Naturale

Prof. Giuseppe Boccignone

Dipartimento di InformaticaUniversità di Milano

boccignone@di.unimi.itboccignone.di.unimi.it/IN_2017.html

Teorie “naturali” per l’interazione naturale //spiegazione dei segnali sociali non verbali

Neuroscienze cognitive: background

Scienze cognitive

Psicologia cognitiva

Intelligenza artificiale

NeuroscienzeLinguistica

Filosofia della mente

Antropologia

Il livello di spiegazione psicologico

Scienze cognitive

Psicologia cognitiva

Intelligenza artificiale

NeuroscienzeLinguistica

Filosofia della mente

Antropologia

Il livello di spiegazione psicologico

• Una definizione:

• La psicologia è lo studio degli eventi mentali (James, 1890)

• Classificazione degli eventi mentali:

• La triade di Hilgard

Cognizione

Emozione Motivazione

Il livello di spiegazione psicologico

• Una definizione:

• La psicologia è lo studio degli eventi mentali (James, 1890)

• Distinguiamo due situazioni:

• Processo generativo: stati mentali /affettivi (X) generano dei segnali verbali / non verbali (Y)

• Processo inferenziale: da eventi fisici osservabili (Y) si possono inferire stati mentali (X)

YX

YX

Il livello di spiegazione psicologico

YX

YX

felicità è felice

X’

Il livello di spiegazione neurobiologico

Scienze cognitive

Psicologia cognitiva

Intelligenza artificiale

NeuroscienzeLinguistica

Filosofia della mente

Antropologia

Il livello neurobiologico: il sistema nervoso

Il livello neurobiologico: il sistema nervoso // SN somatico

l sistema somatico controlla tutte le nostre attività volontarie e consce, le quali principalmente c o m p o r t a n o m o v i m e n t i (cammino, corsa, ecc).

Il livello neurobiologico: il sistema nervoso // SN autonomo

Il sistema autonomo controlla tutte le funzioni del

corpo che normalmente non sono sotto un controllo conscio, come il battito cardiaco, la respirazione, la

digestione e così via, anche mentre siamo addormentati. questo sistema è composto fondamentalmente da due cordoni che corrono

paralleli alla colonna vertebrale, collegati tramite una fitta rete di nervi con tutti gli organi del nostro corpo

Il livello neurobiologico: il sistema nervoso // SN centrale: il cervello

proencefalo mesencefalo romboencefalo

Il livello neurobiologico: il sistema nervoso // il cervello: architettura e funzioni

Il livello neurobiologico: il sistema nervoso // il cervello: rappresentazione funzionale

Il livello neurobiologico: neuroni

• Sono i mattoni del sistema nervoso centrale, e in particolare del cervello

• Ne esistono di tipo differente, ma condividono

• elementi strutturali di base

• funzionalità

Il livello neurobiologico: neuroni

struttura

Il livello neurobiologico: neuroni

soma o corpo cellulare: contiene il nucleo, con i cromosomi. Se il soma è sufficientemente eccitato dall’informazione proveniente dai dendriti trasmette un segnale all’assone

dendrite: riceve informazione dai neuroni e la trasmette al corpo cellulare

assone: trasmette l ’ in formazione dal soma alle sinapsi

Il livello neurobiologico: neuroni che comunicano // Il potenziale d’azione

Potenziale d’azione che si propaga lungo l’assone

assone

Il livello neurobiologico: neuroni che comunicano // Il potenziale d’azione

Registrazione del potenziale di membrana

Il livello neurobiologico: neuroni che comunicano // Il potenziale d’azione, e l’effetto “domino”

Il livello neurobiologico: neuroni che comunicano // Il potenziale d’azione

Il livello neurobiologico: neuroni che comunicano // Il potenziale d’azione, in sintesi

assone

Il livello neurobiologico: neuroni che comunicano // Funzionamento delle sinapsi

cosa succede alle sinapsi?

Il livello neurobiologico: neuroni che comunicano // Funzionamento delle sinapsi

terminale assonico pre-sinaptico

terminale dendritico post-sinaptico

neurotrasmettitori

vescicole sinaptiche che si muovono nel citoplasma

Il livello neurobiologico: neuroni che comunicano

Il livello neurobiologico: neuroni che comunicano // Eccitazione e inibizione

eccitazione inibizione

eccitazione & inibizione

Il livello neurobiologico: neuroni //un modello semplificato

d e n d r i t e : r i c e v e i n f o r m a z i o n e d a i neuroni e la trasmette al corpo cellulare

soma o corpo cellulare: contiene il nucleo, con i cromosomi. Se il soma è sufficientemente eccitato dall’informazione proveniente dai dendriti trasmette un segnale all’assone

assone: trasmette l’informazione dal soma alle sinapsi

Il livello neurobiologico: neuroni //un modello semplificato

soma o corpo cellulare: contiene il nucleo, con i cromosomi. Se il soma è sufficientemente eccitato dall’informazione proveniente dai dendriti trasmette un segnale all’assone

assone: trasmette l’informazione dal soma alle sinapsi

d e n d r i t e : r i c e v e i n f o r m a z i o n e d a i neuroni e la trasmette al corpo cellulare

Il livello neurobiologico: neuroni //un modello semplificato

soma o corpo cellulare: contiene il nucleo, con i cromosomi. Se il soma è sufficientemente eccitato dall’informazione proveniente dai dendriti trasmette un segnale all’assone

d e n d r i t e : r i c e v e i n f o r m a z i o n e d a i neuroni e la trasmette al corpo cellulare

assone: trasmette l ’ in formazione dal soma alle sinapsi

Il livello neurobiologico: neuroni //un modello semplificato

L’interazione fra i livelli: il problema mente/cervello

Livello di spiegazione psicologico

Livello di spiegazione neurobiologico

• Modello

stato mentale

(nascosto)

comportamento non verbale (visibile)

generazione inferenza

Modelli nelle neuroscienze cognitive

Modelli nelle scienze cognitive e nella percezione //complessità e livelli di spiegazione

Modelli nelle scienze cognitive //livelli di spiegazione

Modelli nelle scienze cognitive //livelli di spiegazione

Qual è il goal della computazione?

Quale rappresentazione e quale algoritmo?

Come realizzarla fisicamente?

Livelli di spiegazione

secondo Marr

Qual è il goal della computazione?

Quale rappresentazione e quale algoritmo?

Come realizzarla fisicamente?

Livelli di spiegazione

secondo Marr

Modelli nelle scienze cognitive //livelli di spiegazione

Teoria computazionale

Rappresentazione e algoritmo

Implementazione hardware

Livelli di spiegazione

secondo Marr

Modelli nelle scienze cognitive //livelli di spiegazione

Qual è il goal della computazione?

Quale rappresentazione e quale algoritmo?

Come realizzarla fisicamente?

Livelli di spiegazione

secondo Marr

Livello psicologico

Livello neurofisiologico

Modelli nelle scienze cognitive //livelli di spiegazione

Qual è il goal della computazione?

Quale rappresentazione e quale algoritmo?

Come realizzarla fisicamente?

Livello psicologico

Livello neurofisiologico

Modello teorico

Simulazione

Modelli nelle scienze cognitive //livelli di spiegazione

Modelli nelle scienze cognitive //livelli di spiegazione

Teoria computazionale

Rappresentazione e algoritmo

Implementazione hardware

Modelli nelle scienze cognitive //livelli di spiegazione

stato mentale

(nascosto)

comportamento non verbale (visibile)

generazione inferenza

Modelli probabilistici

Algoritmi di inferenza e learning

Implementazione hardware

Modelli nelle scienze cognitive //livelli di spiegazione

X

Y