LE “NOCI”…

1. LE “NOCI”… PER LA MEMORIA di Francesca Caronna (cdl Psicologia clinica dell’arco di vita/ Modelli evoluzionistici della cognizione umana/a.a. 2010-2011)

2. WORKING MEMORY MODELLO DI BADDELEY (2003) La memoria di lavoro presenta un modello multi-componente: • Esecutivo centrale • Taccuino visuo-spaziale • Magazzino fonologico • Buffer episodico

3. Dalla memoria di lavoro alla memoria a breve termine • Il magazzino fonologico ha subito un processo di espansione durante l’evoluzione dell’uomo e, secondo alcuni autori (Smith & Jonides, 1999), lo sviluppo del buffer verbale all’interno del sistema fonologico apparterrebbe solo all’Homo sapiens. • Pertanto nello studio di Dwight W. Read (2008), a causa delle differenze evoluzionistiche soprattutto nel sistema fonologico, WM ( memoria di lavoro) = STM (memoria a breve termine) STM = Luogo in cui si attivano informazioni sotto il controllo di meccanismi attentivi e processate dalla funzione esecutiva della WM

4. STM • La memoria a breve termine è simile a un archivio dei dati di un PC e la sua dimensione è fortemente correlata alla capacità della memoria di lavoro • La memoria di lavoro è generalmente associata con Brodmann Area 9 e 46 nella sezione dorsolaterale della corteccia prefrontale (Gazzaniga, Ivry & Mangun, 2002) • Le proiezioni dalle aree corticali a quelle sottocorticali sono state evidenziate nelle scimmie rhesus e il ruolo della corteccia prefrontale è stato individuato nei macachi giapponesi

5. L’evoluzione • Il significativo cambiamento evolutivo nella dimensione della STM e, quindi, nella WM dal comune antenato tra l’uomo e gli scimpanzé è sottolineato dall’espansione nel processo evolutivo della corteccia prefrontale, in particolare nelle aree associate alla memoria di lavoro. • L’area 10 (corteccia prefrontale anteriore), coinvolta nelle funzioni cognitive relative al controllo e al monitoraggio di sottoprocessi con la WM, ha subito anch’essa un’espansione allometrica nei meccanismi evolutivi • L’espansione delle dimensioni del cervello ha avuto conseguenze evidenti nelle capacità cognitive degli ominidi a partire dal Paleolitico superiore

6. Differenze cognitive • Le sostanziali differenze nelle abilità cognitive tra Homo sapiens e primati non umani riflettono semplicemente l’estensione quantitativa delle capacità cognitive già presenti in un antenato comune a Pan e all’uomo a causa dell’espansione allometrica delle strutture cerebrali • Anche i fatti culturali possono essere precursori nei primati non umani di comportamenti trasmessi non geneticamente, ma attraverso l’apprendimento per imitazione in un contesto sociale (Pinker, 2000)

7. Quali cambiamenti qualitativi? • La ricorsività è una procedura ossia un algoritmo che include diverse fasi e può essere applicato a un risultato di una precedente operazione • La conoscenza della lingua è il possesso tacito di un sistema di regole ricorsive che generano frasi (grammatica generativa) • Solo la specie umana ha accesso ai processi ricorsivi per la comunicazione e per altre funzioni cognitive superiori: gli animali non hanno sistemi di comunicazione di potere espressivo comparabile (Fitch, Hauser, & Chomsky, 2005).

8. Perché? • Capacità di WM ed evoluzione del linguaggio sono strettamente correlate dal punto di vista biologico • Una ristretta capacità di WM nell’antenato dell’uomo potrebbe spiegare l’assenza di ricorsività nel repertorio cognitivo dei primati non umani (Read, 2008)

9. STM negli scimpanzé • Gli scimpanzé hanno una capacità di STM che limita la WM a trattare contemporaneamente 2 o al massimo 3 concetti e, pertanto, sono una specie che non può utilizzare le potenzialità del pensiero ricorsivo nei sistemi di organizzazione e comunicazione sociale. • Se questa limitata capacità di WM si proietta su un antenato comune a Pan e all’uomo, ne consegue che i primi ominidi avrebbero avuto limitate capacità di WM

10. Esempi tratti dagli studi • Il comportamento di schiacciare le noci • La classificazione spontanea di oggetti • La manipolazione • Il richiamo dalla memoria di una sequenza ordinale di numeri • La percentuale e l’arco di tempo per lo sviluppo cognitivo ontogenetico Tra questi dati, quelli sul richiamo dalla memoria di una sequenza ordinale di numeri riguarda più direttamente il modo in cui la dimensione della STM è stata misurata negli esseri umani

11. Nut Cracking BehaviorScimpanzé selvatici della Costa D’Avorio e della Guinea Il comportamento non è biologicamente determinato, ma appreso tramite l’imitazione della madre o di altri adulti dopo i tre anni e richiede uno sforzo cognitivo Differenze • Manipolazione degli oggetti: 3 CA / 2 G • Uso di sassi come incudine: sì CA /no G • Apprendimento del comportamento: Non tutti gli scimpanzé della Guinea imparano a rompere le noci, perché non riconoscono la relazione fra tre oggetti (incudine, martello e noce) e, quindi, non sono capaci di mantenere l’attenzione nella STM su tre oggetti contemporaneamente

12. Ancora sulle noci • In CA l’incudine è un oggetto fisso nell’ambiente e, quindi, non deve essere manipolato per svolgere l’azione, cosa che facilita l’uso dei tre oggetti e il conseguente comportamento di rompere le noci • In G il maggiore carico cognitivo dato dalla necessità di coordinare tre momenti impedisce ad ¼ degli scimpanzé di svolgere efficacemente il compito • Conseguenze: Questi dati confermano l’ipotesi iniziale di una span di STM di 2-3 elementi

13. Classificazione spontanea degli oggetti negli scimpanzé • I risultati sulla classificazione di oggetti in studi paralleli sulle prestazioni in bambini e scimpanzé (Langer, 2006) evidenziano differenze, in particolare, nel numero dei gruppi e nel livello di classificazione. Gli scimpanzé di 2 anni d’età non vanno oltre il primo livello di classificazione (un singolo gruppo formato da oggetti simili) e solo a 4 anni utilizzano il secondo livello di classificazione, mentre i bambini raggiungono tale livello ad 1 anno d’età, a 18 mesi formano almeno due gruppi e a 3 anni usano il terzo livello di classificazione (più gruppi di oggetti diversi ma con alcune caratteristiche comuni) • Quindi, una risposta a tale differenza potrebbe essere indicata proprio nelle ristrette capacità della STM di focalizzare l’attenzione su più di 2/3 elementi contemporaneamente

14. Interazioni interpersonali • Le interazioni in triadi risultano insolite negli scimpanzé; la comunicazione, infatti, è unidirezionale e coinvolge quasi esclusivamente la diade. • Pertanto, l’assenza di apprendimento del comportamento di nut cracking potrebbe essere legata all’assenza della comprensione della relazione madre/scimpanzé/oggetto-noce, come invece si verifica ben presto nel bambino.

15. Span di memoria • In un esperimento relativo all’apprendimento dei numeri da 1 a 9 negli scimpanzé, come prova della STM in Pan troglodita (Kawai & Matsuzawa, 2000), lo scimpanzé Ai ha dato il 95% di risposte corrette nel richiamare quattro numeri, il 65% di risposte corrette per richiamare 5/5 e circa il 30% di risposte corrette per 6/6. • Anche se gli autori hanno interpretato questi dati come un’indicazione che Ai abbia una WM di 5, le condizioni sperimentali non supportano la loro conclusione • Infatti, l’osservare toccare sullo schermo di un PC i numeri e il toccarli dal più piccolo al più grande con la condizione che, quando il primo numero veniva toccato, tutti gli altri numeri venivano cancellati o resi bianchi, pone i seguenti problemi:

16. Critiche • L’ultima scelta è forzata, perché era l’ultimo elemento rimasto sullo schermo • Il primo numero viene toccato, mentre tutti i numeri sono visibili e, quindi, la sua posizione non ha bisogno di essere memorizzata • Quindi, in realtà ricorda solo 3 posizioni numeriche

17. Sviluppo della WM • Lo sviluppo fisiologico negli scimpanzé molto veloce (raggiungono la pubertà circa a 80 mesi) implica una minore durata nello sviluppo delle funzioni cognitive. Mentre in essi la maggior parte della crescita del cervello avviene dai 36 ai 60 mesi, nell’uomo continua almeno fino alla pubertà (dopo 144 mesi circa) • Lo sviluppo cognitivo nell’uomo è più ampio a causa della più elevata velocità di crescita e della precocità (Langer, 2006) • Anche la velocità di crescita della STM negli scimpanzé è inferiore a quella umana, terminando la sua traiettoria di sviluppo intorno a 42-48 mesi di età con uno span di 2/3, come si evince dalle modalità di classificazione degli oggetti

18. Il pensiero ricorsivo e la WM • Le dimensioni della STM non sono abbastanza grandi per favorire la comparsa del pensiero ricorsivo in Pan troglodita, in quanto manca in esso il terzo ordine di classificazione • Il cambiamento evolutivo dagli scimpanzé all’Homo sapiens presuppone un accrescimento della complessità delle funzioni cognitive di base grazie alla produzione di strumenti in pietra • I cambiamenti nella produzione di artefatti culturali sono strettamente correlati ai cambiamenti nella capacità della WM

19. I sette stadi evoluzionistici per i manufatti in pietra • Dall’assenza di dimensionalità agli oggetti tridimensionali, i principali cambiamenti evoluzionistici si sono verificati negli ultimi 2 milioni di anni • Nel settimo stadio (meno di 50 milioni di anni), grazie a procedure ricorsive le lame sono state utilizzate per formare una vasta gamma di strumenti • La sequenza temporale di questi cambiamenti nella produzione di strumenti in pietra è correlata con l’encefalizzazione come misura del cambiamento nella STM e con le modificazioni morfologiche nell’evoluzione degli ominidi (Read, 2008)

20. Prove a favore • 86 studi dimostrano che la WM è significativamente correlata con le misure dell’abilità intellettiva e che l’encefalizzazione è, a sua volta, correlata con le abilità intellettive • All’aumentare della complessità degli strumenti in pietra aumenta in parallelo la capacità di WM • L’applicazione della ricorsività nella produzione di lame e di altri utensili quotidiani circa 80.000 anni fa può essere associata ad una mutazione genetica che ha espanso la capacità della componente esecutiva della WM e alla comparsa di forme nuove e più complesse dell’organizzazione sociale fondata sui rapporti di parentela (Coolidge & Wynn, 2007)

21. Conclusioni • I dati analizzati indicano una piccola capacità di WM in un antenato comune a Pan e all’uomo insieme all’assenza di processi cognitivi di natura ricorsiva • Ciò ha determinato le differenze qualitative nel repertorio cognitivo dell’uomo rispetto ai suoi antenati

22. Riferimenti bibliografici • Coolidge, F.L., & Wynn, T. (2007). The workingmemory account ofNeandertalcognition. Howphonologicalstoragecapacitymayberelatedtorecursion and the pragmaticsofmodernspeech. Journal ofhumanevolution, 15, 707-710 • Fitch, W.T., Hauser, M.D., & Chomsky, N. (2005). The evolutionof the languagefaculty: clarifications and implications. Cognition, 97, 179-210 • Gazzaniga, M.S., Ivry, R.B., & Mangun, G.R. (2002). Cognitive neuroscience: the biologyof the mind. New York: W.W. Norton • Kawai, N., & Matsuzawa, T. (2000). Numericalmemoryspan in a chimpanzee. Nature, 403, 39-40

23. Ancora sulla bibliografia • Langer, J. (2006). The heterochronic evolution of primate cognitive development. Biological theory, 1, 41-43 • Neath, I., & Surprenant, A.M. (2011). La memoria umana. Apprendimento e organizzazione delle conoscenze. Napoli: Idelson-Gnocchi • Pinker, S. (2000). Come funziona la mente. Milano: Mondadori • Read, D.W. (2008). Working memory: a cognitive limit to non-human primate recursive thinking prior to homind evolution. Evolutionary Psychology, 6 (4), 676-714 • Smith, E.E., & Jonides, J. (1999). Storage and executive processes in the frontal lobes. Science, 283, 1657-1661