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NEUROSCIENZE, LIBERTA' E RESPONSABILITA’ 17-19 giugno Frascati 2011 Dalle molecole alla mente; una sola fisica Marcello Costa, FAA, Professor of Neurophysiology.

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1 NEUROSCIENZE, LIBERTA' E RESPONSABILITA’ giugno Frascati 2011 Dalle molecole alla mente; una sola fisica Marcello Costa, FAA, Professor of Neurophysiology Dept. of Physiology and Centre of Neuroscience, Flinders University, Adelaide, Australia,

2 1.Perche’ unificare la fisica per includere la mente e lo spirito? 2. Quale fisica e’ adeguata a descrivere i fenomeni mentali/spirituali? 3. In che modo si puo’ descrivere la mente umana in termini fisici? 4. Considerazioni sul libero arbitrio e responsabilita’

3 1. Una sola fisica per il mondo Oltre l’illusione antropocentrica Passi storici: Galileo-Newton-Einstein dal 1600, una sola fisica (meccanica) per il mondo sublunare e per quello celeste

4 1. Una sola fisica per il mondo Oltre l’illusione antropocentrica Passi storici: Darwin al DNA: un solo processo di evoluzione biologica per selezione naturale; l’essere umano parte della biosfera

5 1. Una sola fisica per il mondo Oltre l’illusione antropocentrica Passi storici: Neuroscienze: una sola fisica per la res extensa e per la res cogitans del dualismo cartesiano; non fatti di due sostanze; anima e corpo, cervello e mente; materia e spirito

6 2. Quale fisica per la mente e lo spirito? Descartes e la meccanica La natura della fisica meccanica e elettromagnetismo equivalenza fra energia e materia

7 3. La fisica della mente Dagli inizi del 1900 la fisica del cervello divenne fondamentalmente biofisica dell’elettromagnetismo e della elettrochimica delle cellule eccitabili Il confine fra il sistema nervoso e il comportamento (movimento) L’anello esistenziale primordiale

8 Sistema nervoso Ambiente Azione motoria, movimento Sentire, recezione I’anello esistenziale primordiale

9 Sistema nervoso Ambiente Azione motoria, movimento Sentire, recezione I’anello esistenziale primordiale agentesenziente Il se

10 L’origine del dualismo e il superamento sotto una sola fisica - La differenziazione fra cellule muscolari e cellule nervose segna la separazione fra : la fisica del mondo della “res extensa” (cinetica, meccanica; il mondo come un orologio) la fisica del mondo della “res cogitans” (eventi mentali, neurali, elettromagnetici). La nascita del mondo materiale e del mondo mentale ambedue sotto differenti forze di una sola fisica!

11 Come e’ organizzato il cervello? Perche ritiriamo la gamba quando fa male?

12 Di fatto ritiriamo la gamba prima di sentire il male! Come e’ organizzato il cervello?

13 Sentiamo il male a livelli piu’ alti e dopo la riposta di fuga dal danno

14 Vie discendenti (top down) possono influenzare la risposta di fuga

15 Il sistema nervoso si e’ stratificato nell’evoluzione dei vertebrati in anelli sovrapposti di circuiti nervosi Il cervello organizzato in anelli nervosi sovrapposti Anello sensori-motorio

16 Il sistema nervoso si e’ stratificato nell’evoluzione dei vertebrati in anelli sovrapposti di circuiti nervosi L’informazione nel cervello viaggia dal basso all’alto dal mondo esterno e da tutti I livelli intermedi, e scende dall’alto al basso. Gli anelli interni sono composti da ambedue le vie bottom up e top down Il cervello organizzato in anelli nervosi sovrapposti Anello sensori-motorio

17 Il sistema nervoso si e’ stratificato nell’evoluzione dei vertebrati in anelli sovrapposti di circuiti nervosi L’informazione nel cervello viaggia dal basso all’alto dal mondo esterno e da tutti I livelli intermedi, e scende dall’alto al basso. Gli anelli interni sono composti da ambedue le vie bottom up e top down Attivita’ diverse avvengono entro gli anelli interni e stanno alla base degli stati interni (memoria, emozioni, sentimenti, pensieri, pianificazione, decisioni) Il cervello organizzato in anelli nervosi sovrapposti Anello sensori-motorio

18 Conseguenze dell’organizzazione gerarchica e stratificata di (decine) di anelli sovrapposti del cervello inputoutput Durante l’evoluzione organismi dotati di un sistema nervoso hanno sviluppato la proprieta’ di “avere esperienze”.

19 Conseguenze dell’organizzazione gerarchica e stratificata di (decine) di anelli sovrapposti del cervello inputoutput Durante l’evoluzione organismi dotati di un sistema nervoso hanno sviluppato la proprieta’ di “avere esperienze”. Le esperienze sono sempre individuali, soggettive e richiedono un organismo che le “esperisca”.

20 Conseguenze dell’organizzazione gerarchica e stratificata di (decine) di anelli sovrapposti del cervello inputoutput Durante l’evoluzione organismi dotati di un sistema nervoso hanno sviluppato la proprieta’ di “avere esperienze”. Le esperienze sono sempre individuali, soggettive e richiedono un organismo che le “esperisca”. La comparsa di questa proprieta’ si e’ accompagnata ad una graduale comparsa di distinzione di un se e di un mondo altro.

21 Rapporto fra orizzonte di esperienza della realta’ e livelli gerarchici degli anelli neurali OrizzonteCoscienza di… Questo sistema gerarchico risponde ancora alle esigenze del processo evolutivo di sopravvivenza Il mondo L’esperiente Anello sensori-motore

22 La fisica della mente e della coscienza Ogni anello aggiunge livelli di complessita’ con proprieta’ nuove adatte ad estendere l’orizzonte di esistenza e di esperienza, sfociando nell’autocoscienza. I livelli sottostanti esistono ancora e esercitano influenze sia su quelli sopvrastanti che sottostanti. Gli stati di coscienza nei organismi neuronali sono fenomeni naturali caratterizzati dalla proprieta’ di soggettivita’ che emerge gradualmente. Il limite fra il conscio e l’inconscio non e’ netto Fra gli anelli paralleli del “se” quelli piu’sotto sono “inconsci” I livelli di “vivenze” neurali sottostanti a quelli coscienti sono spesso “trasparenti” (non si nota neppur che ci siano) oppure “ opachi (si sa che ci sono ma non se ne vede la natura).

23 4. Il libero arbitrio L’architettura del sistema nervoso nell’evoluzione e durante lo sviluppo si organizza in modo gerarchico con anelli sovrapposti sempre piu’ lunghi e distanti dai neuroni sensori e motori. Si mantiene una separazione anatomica e funzionale fra il senziente e l’agente

24 Voluntary action. (Top) The premotor cortex prepares commands for voluntary actions triggered by external stimuli, whereas the presupplementary motor area prepares commands for internally generated “intentional” actions, which are then executed by the primary motor cortex. Signals containing copies of prepared motor commands are also sent to the parietal cortex, where they are used to predict sensory consequences of movement. (Bottom) The preparation of motor commands for voluntary movement by the presupplementary motor area causes a sense of urge. The inferior part of the posterior parietal cortex generates sensory representations of the predicted consequences of the movement. M. Desmurget et al., Science 324, 811 (2009). Movement Intention After Parietal Cortex Stimulation in Humans Il senso profondo di essere in controllo delle proprie azioni (libero arbitrio) consiste in molteplici processi cerebrali

25 Il senso profondo di essere in controllo delle proprie azioni (libero arbitrio-”free will”) consiste in molteplici processi cerebrali Fra questi la capacita’ di inibire azioni (il free won’t) Brass e Haggard (2007), To do or not to do: the neural signature of self- control. The journal of Neuroscience, 27, Mirabella (2007) Endogenous inhibition and the neural bases of “free won’t”. The journal of Neuroscience, 27, Hallet (2007), Volitional control of movement: the physiology of free will. Clinical Neurophysiology, 118,

26 Th /Hypoth Anello sensori-motore M1S1 IPS SMA preSMA DPFC Limbic system, Anterior cingulate C Amigdala Motivazioni istinti Supervisione permissiva Pianificazione e senso di volere; Intenzione essere agente Senso di essere agente

27 Il problema morale di responsabilita’ delle azioni rimane un problema tutto umano.

28 Le parti del cervello coinvolte sono parte del cervello “sociale”

29 Il problema morale di responsabilita’ delle azioni rimane un problema tutto umano. Le parti del cervello coinvolte sono parte del cervello “sociale” Il cervello umano e’ parte del mondo biologico, con una sua fisica di sistemi complessi stratificati associati a esperienze di essere senzienti e agenti.

30 Il problema morale di responsabilita’ delle azioni rimane un problema tutto umano. Le parti del cervello coinvolte sono parte del cervello “sociale” Il cervello umano e’ parte del mondo biologico, con una sua fisica di sistemi complessi stratificati associati a esperienze di essere senzienti e agenti. La fisica del cervello (e delle proprieta’ associate emerse durante l’evoluzione) e’basata sulla biologia cioe’ elettrochimica..

31 Il problema morale di responsabilita’ delle azioni rimane un problema tutto umano. Le parti del cervello coinvolte sono parte del cervello “sociale” Il cervello umano e’ parte del mondo biologico, con una sua fisica di sistemi complessi stratificati associati a esperienze di essere senzienti e agenti. La fisica del cervello (e delle proprieta’ associate emerse durante l’evoluzione) e’basata sulla biologia cioe’ elettrochimica. Il dualismo non puo’ dare alcuna riposta valida e va quindi abbandonato.

32 Il problema morale di responsabilita’ delle azioni rimane un problema tutto umano. Le parti del cervello coinvolte sono parte del cervello “sociale” Il cervello umano e’ parte del mondo biologico, con una sua fisica di sistemi complessi stratificati associati a esperienze di essere senzienti e agenti. La fisica del cervello (e delle proprieta’ associate emerse durante l’evoluzione) e’basata sulla biologia cioe’ elettrochimica. Il dualismo non puo’ dare alcuna riposta valida e va quindi abbandonato. Il problema non e’ piu’ se apparteniamo ad un mondo con una sola fisica, ma come entro questo mondo sia emersa una materia pensante.

33 L’esplorazione continua


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