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Mascalzoni, Elena (2010) ORIGINS OF SENSITIVITY TO PHYSICAL CAUSALITY AND ANIMACY:
Evidence from newborn babies and newly-hatched chicks.
[Tesi di dottorato]

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Abstract (inglese)

Identifying animated subjects and causal relations between them ought to be fundamental for the survival of animals. Humans' striking ability to attribute “animacy” (i.e. the capability of an object to have self-produced motion and of being a causal-agent) and causal relations to moving objects solely on the basis of their pattern of motion is well attested (Heider and Simmel, 1944; Michotte, 1963; Schlottmann, Ray, Mitchell and Demetriou, 2006).
Nothing is known, though, about the origin of this sensitivity, which could be either implicit or the outcome of some learning processes. A further source of debate concerns whether this capability is present both in human and non-human animals.
For such reasons, the purpose of this thesis was to investigate the sensitivity to physical causality from a comparative perspective, employing both newborn babies and newly-hatched domestic chicks (Gallus gallus) as experimental subjects. Moreover, chicks’ sensitivity to self-propelled motion as a cue to animacy attributions was investigated.

Sensitivity to physical causality in a comparative perspective
Attribution of causality (i.e. appreciation of the interaction between any two events in terms of a cause-effect relationship) appears to be a powerful mechanism for perceiving every day experiences, in such a way we may make sense of almost any aspect of the physical world.
Understanding causal representations has long been a challenge both for philosophers (Aristotele, Physics) and psychologists (see Sperber, Premack and Premack, 1995). Psychological research has both focused on exploring higher-level cognitive processing (i.e., the dynamics of causal inferences, Sperber et al., 1995), whilst at the same time much critical work on causality has concentrated on the role of perceptual processing (Michotte, 1963).
As regards the latter perspective, the earliest ideas were put forward by Michotte (1963), who described the most well known example of perceptual causality, the “Launching Event”. In this event an object, “A”, starts moving towards a second object, “B”, in a straight line and at constant speed. When A comes into contact with B, A stops moving and B moves off in the same direction and at the same or slightly lesser speed in which object A had been moving. When this event is viewed, most people see object A “launching” B, thus causing its movement. According to Michotte, the “causal impression” triggered by the Launching Event is automatically produced by a “perceptual input analyzer”, that would provide an original idea of cause: a causal connection is experienced as a result of what is a perceptual process, rather than a conceptually mediated inference (Michotte, 1963).
The fact that this perception is hardly affected by higher-level beliefs or intentions (whereas it seems to depend on a highly constrained collection of visual cues; e.g. Choi and Scholl, 2004, 2006; Schlottmann et al., 2006; White, 2006), would support a precocial ontogenetic (and phylogenetic) origin. Michotte himself, even though his work was based on verbal reports by adult observers, took a strong nativistic position on the origin of causal representations, claiming that the perceptual mechanism for causal impressions was innate, and furthermore that the output of this mechanism was the source of all subsequently developing causal representations (Michotte, 1963).
Recently, a growing interest in the earliest causal representations has produced a range of experimental data in developmental studies (Leslie, 1984; Leslie and Keeble, 1987; Cohen and Amsel, 1998; Cohen and Oakes, 1993; Cohen, Rundell, Spellman and Cashon, 1999; Oakes, 1994; Oakes and Cohen, 1990), such data used in support of two very different models of the origin of causal perception. On the one hand, Leslie and colleagues (Leslie and Keeble, 1987) suggested that there would be an innate, domain-specific visual module that operates ‘‘automatically and incorrigibly upon the spatio-temporal properties of events yet producing abstract descriptions of their causal structure” (Leslie, 1988). In contrast, Cohen and colleagues suggested a constructivist account: the perception of causality would be demonstrably not innate and not domain specific (Cohen and Amsel, 1998; Cohen, Chaput and Cashon, 2002). The causality of events could be either perceived as a result of perceptual and cognitive development (Oakes and Cohen, 1990) or constructed during development from non-causal resources within core cognition (Carey, 2009).
Until now, however, perception of physical causality has never been investigated in subjects under conditions in which previous experiences have been effectively controlled for (e.g., in newborn babies). Moreover, nothing is known specifically about the capability to perceive physical causality in animal species other than our own.
For these reasons this thesis was aimed at investigating spontaneous preferences for physical causality both in newborn babies and in newly-hatched domestic chicks.
The domestic chick seemed to be an ideal subject to address this issue, since it is a highly visual and precocial species, and has shown capable of perceiving shapes defined by motion information alone, much as humans can (e.g. Mascalzoni, Regolin and Vallortigara, 2009; Vallortigara, Regolin and Marconato, 2005).
Two experiments were conducted in which chicks’ spontaneous preferences for a Causal Stimulus (i.e., Launching Effect) vs a Non-Causal Stimulus were assessed.
All subjects came from eggs incubated and hatched in total darkness under controlled conditions; this prevented any prior visual experience before testing. On their second day of life, chicks underwent a spontaneous preference test, in which they had to choose between two video animations (a Causal Animation and a Non-Causal Animation), simultaneously presented at the two opposite ends of a runway. At the beginning of the test chicks were taken individually from the dark hatchery and placed in the central sector of the runway, which was virtually subdivided into three areas. The behaviour of the chick was observed for a total of six consecutive minutes. In order to approach one of the testing animations, the subject had to leave the central area and enter one of the side areas. If the chick remained in the mid compartment, this was deemed to indicate no preference, whereas if it went into an end-side compartment this was regarded as a preference for the stimulus placed at that end of the runway.
All the stimuli were video animations involving two square-shaped objects of the same dimension and colour. For the Launching Stimulus one of the 2 objects (“A”) started to move towards a second, stationary object (“B”). Immediately after contact, A stopped and B moved off in the same direction and at the same speed that A previously showed. Thus, when seen together this stimulus reproduced the typical Michotte’s Launching Effect, in which adult humans report as seeing a physical-causality relationship between the two movements.
In Exp. 1, a “Delay Stimulus” was used as the Non-Causal Stimulus. It was identical to the Launching Stimulus except for a 2-sec-delay between the moment of contact and the initiation of motion of object B: such a delay is known to abolish any impression of physical causality in adult humans (Michotte, 1963). The Non-Causal Stimulus employed in Exp. 2, instead, was a “Passing” Stimulus in which the initial moving object (A) moved towards the stationary object B, passed in front of it and reached the final position occupied by B at the end of the Launching sequence. In this animation no physical causality was implied but the spatio-temporal continuity typical of the Launching Effect was preserved.
In Exp. 1, thus, chicks preference between a Launching and a Delay Stimulus was tested, whether in Exp. 2 chicks were asked to choose between a Launching and a Passing Stimulus.
The results did not reveal any spontaneous preference for either stimuli in chicks shortly after hatching. Therefore, it seems that newly-hatched domestic chicks have no preferences for approaching a causal event compared to a non-causal event.

The other branch of the thesis dealt with newborn babies’ sensitivity to physical causality.
Three experiments were conducted, all employing an infant-control preferential looking technique which allowed for the testing of newborns’ spontaneous preferences for a Causal vs a Non-Causal stimulus by measuring the length of time of their fixations on the stimuli.
In this procedure, a baby was sat on the experimenter’s lap in front of a monitor. Two testing stimuli were presented simultaneously, on the left and the right side of the monitor. Each newborn was given two paired presentations of the test stimuli in which the position of the stimuli was reversed (the initial left-right order of presentation was counterbalanced across subjects). The duration of the infant’s fixations on each stimulus was recorded on-line and subsequently re-coded off-line by a second experimenter. Each trial ended when the newborn did not fixate on the display for at least 10 s.
In Exp. 1 newborns’ spontaneous preference for a Launching Stimulus vs a Non-Causal Control Stimulus was investigated. Two computer-presented animation sequences were created, each sequence featuring two identical gray discs (“A” and “B”). The Launching video animation had the usual spatio-temporal features of a Launching Effect (Michotte, 1963). Both discs, moreover, moved with identical speed and covered the same distance. As described previously, in this sort of display adult subjects perceive disc A as “launching” disc B hence causing its movement. The Non-Causal Control animation was identical to the Launching one except for the fact that, maintaining the same starting positions, the order of the displacement of the two discs was swapped temporally: thus B moved first and A started its movement only after B had stopped. In this sequence any physical causality between the movements of the two discs was disrupted (no contact occurred between A and B), whereas distances travelled and perceptual features of the two discs were identical to those of the Launching Stimulus.
With regard to the data, newborns’ fixation times showed that babies looked significantly longer at the Launching Stimulus.
These results seem to favour the idea that naïve newborns have a preference for the causal sequence (i.e. the Launching Effect) over the non-causal interaction between objects. Nevertheless, results could be due to a preference for the intrinsic spatio-temporal features of the Launching Event rather than to a preference for the Causality per se. In fact, the Non-Causal Control stimulus differed from the Launching one for two main features: the absence of contact between the discs involved in the animation and the spatial discontinuity between the motion of disc A and B. Moreover disc B, which moved first, was also nearest to the fixation point (in fact both animations were presented to the newborn with discs moving in a convergent manner, i.e. from the peripheral to the central visual field).
For such reasons a Exp. 2 was conducted, in which newborns’ spontaneous preferences for a Launching Stimulus vs a Delay Stimulus were tested.
The Delay video animation was identical to the Launching one except for the presence of a 1 second-delay between the time of contact and the motion of B (such a delay is known to abolish any impression of physical causality in adults). Delay and Launching stimuli were selected as they were comparable as regards both their contact between disc A and B, and the spatial continuity of their motion. Moreover, the first disc to move was in both cases the farthest away from the fixation point. Obviously, the animations employed in this experiment differed from one another in the features necessary to obtain a causal vs a non-causal stimulus.
Data from this second experiment confirmed the newborns’ preference to look longer at the Launching animation, as previously shown in Exp. 1. Therefore, the results of Exp. 2 favour the idea that naïve newborns show a preference for a causal stimulus (i.e. the Launching Effect).
Such pattern of results, moreover, could not be due to a preference for the spatio-temporal features of the Launching animation rather than for its physical causality. In fact, in Exp. 3 newborns were presented with a “90° Launching Stimulus” and a “90° Delay Stimulus”, which were identical respectively to the Launching and the Delay Stimulus used in Exp. 2, except for a 90° deviation in the path travelled by disc B. In fact, in the stimuli employed in Exp. 3, disc B moved at the same speed as A, but along a vertical path, at a deviation of 90° from the trajectory of A. Such a deviation in trajectory is known to abolish any impression of physical causality in adult subjects (Michotte, 1963). In both the “90° Launching Stimulus” and the “90° Delay Stimulus”, therefore, any physical causality between the movements of the two discs was disrupted, whereas the distances covered by the discs and their velocities were respectively identical to those of the Launching Stimulus and of the Delay Stimulus used in Exp. 2. Data from this experiment, however, showed a preference for the “90° Delay Stimulus”.
Overall, the results showed a spontaneous preference in newborn babies for a causal (i.e. Launching) stimulus (Exp. 1 and 2). A stimulus with the same spatio-temporal features of the Launching Effect but lacking physical causality (Exp. 3) did not trigger any preference in newborn babies. It seems, therefore, that sensitivity to physical causality could be present from birth in our species.

Sensitivity to self-propelled motion as a cue of animacy in the domestic chicks
Self-produced motion provides one of the most powerful cues about what makes an object “animate”, i.e. a type of object distinct from one that can be put into motion only as a result of physical contact (Aristotle, Physics; New, Cosmides and Tooby, 2007). Developmental studies have shown that at a young age infants know that stationary objects start to move if, and only if, they are contacted by another moving object unless provided with an inner mechanism that permits self-produced motion (Luo and Baillargeon, 2005; Luo, Kaufman and Baillargeon, 2009). Current research, however, distinguishes between representations of animacy (entities that are capable of self-directed motion and of taking on the role of causal agent) and representations of intentional agency (entities with goals, attentional states, capable of perception and mental states like beliefs and desires). It is now recognized that self-propulsion is not a sufficient cue for agency detection (Csibra, 2008), whereas its role in pure animacy detection has not been yet investigated specifically.
In this thesis I was concerned only with self-produced motion as a pure animacy cue (i.e., with causal-agency and the presence of an internal force of action; Leslie and Keeble, 1987).
From previous research in non-human primates, moreover, it remains unclear as to what role self-propelled motion play in forming an expectation about an object’s potential capacity to change its spatial location (Hauser, 1998). This may also be confounded by the animals’ past experiences.
In this research I employed a methodology and a model species which allowed to circumvent this potential drawback. The newly-hatched domestic chicken was used as animal model since it is a precocial species which both allows for the rigorous control of sensory experiences, and for taking advantage of the phenomenon of filial imprinting (i.e., a learning process by which the young of some precocial species learn the characteristics of a potential social partner when exposed to it for a short time soon after hatching; Horn, 2004).
The aims of my research was to address two issues: First, does the basic distinction between inert and self-propelled objects also hold true in non-human animal species? Second, does such a distinction emerge as a result of experience or is it rather part of a natural predisposition?
All subjects came from eggs incubated and hatched in total darkness under controlled conditions, to prevent any visual experience. The same procedure was employed in all the 4 experiments. On their first day of life chicks were exposed to a computer-presented animation sequence picturing two oval-shaped objects of different colour to which motion could be attributed to either a causal agentive role (i.e., the object appeared as self-propelled) or a receptive role (i.e., the object appeared as moved by an external force). After exposure, chicks were tested for their spontaneous preference between the two objects.
In Exp. 1, chicks saw the two objects performing the classical example of Michotte’s perceived physical causality (i.e. the Launching Effect, described above; Michotte, 1963), in which people perceive object A as being a “self-propelled causal-agent” launching object B and causing its movement. When tested for their preferences for objects A and B we found that chicks showed a clear preference for object A, the self-propelled object playing the causal-agentive role during the exposure phase.
To check whether the perceived causality was crucial for the results obtained in Exp. 1, in Exp. 2 the order of the displacements was swapped temporally: thus object B moved first and object A started its movement only after object B had stopped. In this animation sequence any physical causality between the movements of the two objects was disrupted (no contact between A and B), whereas distances travelled and perceptual features of the two objects were identical to those of the launching effect. Both objects would thus appear to be self-propelled. At test, no significant preference was shown by chicks for either object.
Results of Exp. 1 could not, therefore, be due to a preference for the stimulus that moved first in the animation, since no preference for stimulus B (which moved first) was apparent in Exp. 2. However, given that in Exp. 2 any physical contact was removed, we wondered whether chicks’ preferences could be accounted for in terms of which object applied physical contact over the other object, which perhaps may have acted as a cue of “causal agency” in Exp. 1. To determine this, in Exp. 3 chicks were imprinted onto a Non-Causal Delay Animation. The stimulus sequence was identical to the Launching Effect used in Exp. 1 except for the presence of a 3 second-delay between the time of contact and the motion of B (as described above, in human subjects the presence of a delay is known to abolish any impression of physical causality; Michotte, 1963; Schlottmann et al., 2006): object B appeared in this case as being self-propelled, as was object A. Using those kind of stimuli at test, chicks did not exhibit any preference for either stimulus.
It remained unclear, however, whether the results of Exp. 1 were due to a preference for the self-propelled stimulus or to a preference for the object which was the “cause” of the motion sequence. To determine this, in Exp. 4 chicks were exposed to a video animation identical to the Launching Effect used in Exp. 1 except for the presence of two opaque screens, one of which occluded the object at the beginning and one at the end of the motion sequence. No cues were available about the self/not-self propelled nature of object A, although it continued to be perceivable as the cause of motion of object B. At test, chicks did not show any significant preference for either object.
The results of the experiments showed that only when one of the two objects appeared as being self-propelled and the other did not, did a preference emerge, as a choice for the self-propelled stimulus (Exp. 1). Physical contact which was not accompanied by physical causation (when both objects appeared as being self-propelled; Exp. 3), or physical causation without any cue about the nature (self/not-self propelled) of the motion of “the causal object” (Exp. 4), sufficed to abolish any preference.
Overall, the results thus demonstrate that newly-hatched chicks show an innate sensitivity to differentiate and prefer a self-propelled causal-agent as a target for imprinting. This may be sufficient to adaptively constrain the early commitment of a highly precocial animal as to what to imprint on.

Findings from this thesis, therefore, are compatible with the idea that many vertebrate species, including humans, have a primitive bias to attend toward, or preferentially process, sensory information about other living entities, both in terms of causal relations between them and in terms of animacy attributions.

Abstract (italiano)

La capacità di identificare gli esseri animati e di cogliere rapporti causali tra eventi è probabilmente un'abilità fondamentale per la sopravvivenza delle diverse specie animali. É ben nota, al riguardo, la sorprendente capacità dell’essere umano di attribuire “animacy” (i.e., la caratteristica di possedere movimento auto-indotto e di poter agire come agente causale) e rapporti causali ad oggetti in movimento esclusivamente sulla base delle caratteristiche di tale movimento (Heider e Simmel, 1944; Michotte, 1963; Schlottmann, Ray, Mitchell, e Demetriou, 2006). Non si sa ancora nulla, tuttavia, riguardo all’origine di queste capacità, le quali potrebbero essere implicite o il prodotto di alcuni processi di apprendimento. Un’ulteriore fonte di dibattito, inoltre, riguarda il fatto che tali abilità possano essere presenti anche in specie animali diverse dalla nostra.
Per queste ragioni lo scopo di questa tesi è stato di investigare la sensibilità alla causalità fisica in un’ottica comparativa, servendosi come soggetti sperimentali sia di neonati umani sia di pulcini di pollo domestico (Gallus gallus) appena nati. È stata studiata, inoltre, la suscettibilità del pulcino di pollo domestico al movimento di tipo auto-indotto (self-propelled) come indizio di animacy.

Sensibilità per la causalità fisica in un ottica comparata
La capacità di effettuare attribuzioni di causalità (i.e. di apprezzare l’interazione tra due eventi in termini di un rapporto causa-effetto) sembra essere un forte meccanismo mediante il quale l’essere umano dà un senso a molti aspetti del mondo fisico che lo circonda.
La ricerca psicologica al riguardo si è focalizzata principalmente su due aspetti: l’esplorazione dei processi cognitivi di alto livello che permettono di compiere inferenze causali (Sperber, Premack e Premack, 1995) e la comprensione del ruolo dei processi percettivi di base nella percezione della causalità fisica (Michotte, 1963). Riguardo a quest’ultimo aspetto, i primi studi sperimentali sono stati condotti da Michotte (1963), il quale descrisse quello che probabilmente è l’esempio di causalità fisica percettiva più conosciuto: l’Effetto Lancio (“Launching Effect”). In questo evento, un oggetto (“A”) inizia a muoversi, a velocità costante e lungo una traiettoria rettilinea, verso un secondo oggetto (“B”), fermo, venendo in contatto con esso. Immediatamente dopo tale contatto “A” si ferma e “B” inizia a muoversi nella stessa direzione e lungo la stessa traiettoria percorsa da “A”. Soggetti umani adulti posti di fronte a questo evento riferiscono di percepire l’oggetto “A” come “causa fisica” del movimento di “B”. Secondo Michotte l’impressione di causalità suscitata dall’Effetto Lancio sarebbe prodotta automaticamente da un “perceptual input analyzer”: il rapporto causale sarebbe esperito come conseguenza di un semplice processo percettivo, che non implicherebbe alcun processo inferenziale (Michotte, 1963).
Il fatto che la percezione di causalità fisica sia difficilmente influenzata da processi cognitivi di alto livello (mentre è vincolata ad alcune caratteristiche fisiche dello stimolo; e.g. Choi e Scholl, 2004, 2006; Schlottmann et al., 2006; White, 2006) sembra a favore di una sua origine ontogenetica (e filogenetica) precoce. Michotte stesso, nonostante le sue ricerche fossero basate su report verbali di adulti, abbracciò una forte posizione innatista riguardo all’origine della percezione di causalità fisica (Michotte, 1963).
Recentemente, un corpus di dati sempre crescente in psicologia dello sviluppo (Leslie, 1988; Leslie e Keeble, 1987; Cohen e Amsel, 1998; Cohen e Oakes, 1993; Cohen, L.B., Rundell, L.J., Spellman, B.A. e Cashon, C.H., 1999; Oakes, 1994; Oakes e Cohen, 1990), ha dato luogo a due modelli diversi relativi all’origine di tale capacità. Secondo la corrente innatista, la capacità di percepire i fenomeni causali fisici sarebbe presente fin dalla nascita, in quanto supportata da un modulo innato e dominio-specifico (Michotte, 1963; Leslie, 1984; Leslie e Keeble, 1987) o in quanto parte di una risorsa rappresentazionale innata dominio-generale (Carey, 2009). Secondo la corrente costruttivista, invece, tali capacità si svilupperebbero nel corso dei primi anni di vita grazie all’esperienza (Oakes e Cohen, 1990), esperienza sia nei termini delle proprie azioni compiute con uno scopo, sia data dall’osservazione di interazioni tra oggetti esterni (Cohen, Chaput, Cashon, 2002). La capacità di percepire una causalità fisica tra eventi, tuttavia, non è mai stata studiata in soggetti la cui esperienza precedente fosse controllata efficacemente (e.g., neonati). Inoltre, pur essendo lecito ipotizzare che la capacità di cogliere relazioni causa-effetto non sia una prerogativa esclusiva della specie umana (considerato l’alto valore adattativo), non si sa molto riguardo a tale abilità in specie animali diverse dalla nostra (Sperberg et al., 1995).
Per queste ragioni lo scopo di questa tesi è stato quello di investigare l’eventuale presenza di preferenze spontanee per la causalità fisica sia in neonati umani sia in pulcini di pollo domestico appena nati, in un’ottica comparata.
Il pulcino di pollo domestico è stato ritenuto un buon modello in quanto si tratta di una specie precoce che ha dimostrato di possedere buone abilità in compiti anche complessi di percezione visiva (Mascalzoni, Regolin, Vallortigara, 2009) e di possedere una preferenza innata per pattern di movimento biologico (Vallortigara, Regolin, Marconato, 2005).
Sono stati condotti due esperimenti con lo scopo di indagare la presenza di un’eventuale preferenza spontanea per uno stimolo causale (i.e., Effetto Lancio) vs non-causale in pulcini di pollo domestico. Tutti i pulcini utilizzati provenivano da uova incubate e schiuse al buio totale, così da controllare tutte le esperienze visive degli animali fino al momento del test. Il secondo giorno di vita ciascun pulcino veniva sottoposto ad un test di scelta spontanea, nel quale poteva scegliere tra due animazioni video (un Effetto Lancio, causale, ed una animazione di controllo, non-causale) presentate simultaneamente alle due estremità di un apparato virtualmente diviso in 3 settori, uno centrale e due laterali (adiacenti agli stimoli). All’inizio del test il pulcino veniva posto al centro dell’apparato. La permanenza del pulcino nel settore centrale era indice di un’assenza di scelta, mentre la sua permanenza in uno dei due settori laterali era considerata come scelta per lo stimolo adiacente a quel settore. Il comportamento dell’animale era osservato per un totale di 6 minuti, durante i quali venivano registrati i secondi di permanenza del pulcino in ciascuno dei due settori laterali, così da poter computare un indice percentuale di preferenza per lo stimolo di interesse (i.e., lo stimolo causale, “Lancio”).
In entrambi gli esperimenti gli stimoli test consistevano in due animazioni video nelle quali erano visibili due quadratini della stessa dimensione e dello stesso colore. Nell’Esp.1 sono state utilizzate un’animazione “causale” di tipo “Lancio” vs uno stimolo “non-causale” di tipo “Delay”. Nello stimolo “Lancio” un quadratino (“A”) si muoveva verso un secondo quadratino (“B”) fermo. Subito dopo il contatto, “A” si fermava e “B” iniziava a muoversi nella stessa direzione, alla medesima velocità e coprendo la stessa distanza compiuta da “A”. In questo tipo di animazione gli esseri umani riportano di percepire l’oggetto “A” come causa fisica dello spostamento di “B”. Lo stimolo “Delay” era in tutto simile allo stimolo “Lancio” salvo per la presenza di un intervallo temporale di 2 secondi tra l’arresto del primo e la partenza del secondo mobile. Nei soggetti umani si sa che la presenza di questo intervallo annulla qualunque impressione di causalità fisica (Michotte, 1963).
Nell’Esp. 2 lo stimolo “Delay” è stato sostituito da una animazione (i.e. “Passing”) nella quale non vi era alcun tipo di discontinuità di movimento, né spaziale né temporale: un primo quadratino (“A”) percorreva una traiettoria rettilinea passando davanti ad un secondo quadratino (“B”), il quale rimaneva statico. In questo modo non vi era alcun tipo di causalità fisica implicata, ma la traiettoria percorsa e la durata del movimento di “A” erano identiche a quella complessivamente percorsa da “A” e “B” nello stimolo di tipo “Lancio”.
L’ipotesi avanzata per entrambi gli esperimenti era che potesse emergere una preferenza spontanea per uno dei due filmati test (causale/non causale), preferenza che avrebbe permesso di supporre una sensibilità agli indizi di causalità fisica anche in questa specie animale. Dai dati, tuttavia, non è emersa alcuna preferenza spontanea per nessuno degli stimoli utilizzati. Sembra quindi che il pulcino di pollo domestico non abbia preferenze per avvicinare uno stimolo di tipo causale rispetto ad uno non-causale.
Per quanto concerne l’indagine di preferenze spontanee per stimoli di tipo causale in neonati umani, sono stati condotti tre esperimenti, in ciascuno dei quali è stata presentata al neonato una coppia di animazioni video, una causale (i.e, Effetto Lancio) ed una non causale. In ciascuna animazione erano coinvolti due dischi identici per forma e per colore, i quali percorrevano entrambi la stessa distanza, alla medesima velocità. È stata utilizzata una procedura di preferential looking, la quale permette di determinare un’eventuale preferenza spontanea del neonato attraverso la misurazione dei tempi di fissazione dati a due stimoli (i.e., causale vs non causale) presentati contemporaneamente. In questa procedura il neonato siede in braccio ad uno sperimentatore di fronte ad un monitor su cui vengono presentati gli stimoli, uno a sinistra, l’altro a destra di un punto di fissazione centrale; il test si compone di due fasi, nelle quali la posizione degli stimoli viene bilanciata (i.e. stimolo 1 a sinistra in prima fase, a destra in seconda fase). Le fissazioni date dal neonato a ciascuno stimolo vengono registrate on-line da uno sperimentatore ignaro delle ipotesi sperimentali, e vengono successivamente codificate off-line da un secondo sperimentatore.
Nell’Esp. 1 è stata studiata un’eventuale preferenza spontanea del neonato per uno stimolo di tipo “Lancio” rispetto ad uno stimolo di controllo non causale identico al “Lancio” ma con le sequenze dei movimenti dei due oggetti invertite tra loro (i.e., l’oggetto “A” effettua il proprio spostamento solo dopo l’arresto di “B”). In questo secondo stimolo non era possibile percepire alcun tipo di causalità fisica tra i movimenti dei due oggetti. L’unica differenza tra i due filmati era nella sequenza dei movimenti dei due oggetti coinvolti. I dati hanno mostrato una preferenza significativa da parte dei neonati per il filmato di tipo “Lancio”, preferenza a favore dell’idea che nella nostra specie vi sia una suscettibilità per percepire eventi causali fin dalla nascita. Questi risultati, tuttavia, potevano essere dovuti ad una semplice preferenza per le caratteristiche spazio-temporali dello stimolo “Lancio”. Lo stimolo di controllo non causale, infatti, differiva dallo stimolo “Lancio” sia per l’assenza di un contatto tra i due dischi, sia per la discontinuità spaziale nei movimenti dei due oggetti.
Per queste ragioni nell’Esp. 2 è stato utilizzato come stimolo non causale un filmato “Delay”, identico allo stimolo “Lancio” eccetto che per la presenza di una pausa di 1 secondo tra l’arresto del primo disco e la partenza del secondo, pausa che si sa essere sufficiente per annullare la percezione di qualsiasi tipo di causalità fisica tra i movimenti dei due oggetti in un essere umano adulto (Michotte, 1963; Schlottmann et. al., 2006). I dati hanno confermato una preferenza da parte dei neonati per il filmato di tipo “Lancio”, coerentemente con quanto riscontrato nell’esperimento precedente. Anche in questo caso, tuttavia, i risultati potevano essere dovuti ad una semplice preferenza per le caratteristiche spazio-temporali dello stimolo “Lancio” e non ad una preferenza per la causalità fisica per se.
È stato condotto, quindi, un terzo esperimento i cui stimoli erano identici allo stimolo “Lancio” e “Delay” utilizzati nell’Esp. 2 eccetto che per una deviazione della traiettoria del secondo disco in movimento (“B”). Questo, infatti, invece di proseguire nella medesima direzione percorsa da “A”, deviava la propria traiettoria di 90°, effettuando quindi un movimento lungo la verticale. E’ noto che questo tipo di deviazione di traiettoria in uno stimolo identico al “Lancio” fa si che non sia percepito più alcun rapporto causale tra i movimenti dei due oggetti (Michotte,1963). Nessuno dei due stimoli, quindi, possedeva più alcuna caratteristica “causale”, mentre le caratteristiche spazio-temporali erano le stesse degli stimoli dell’esperimento precedente. Un’eventuale preferenza per lo stimolo di tipo “Lancio” con traiettoria del secondo oggetto a 90°, quindi, avrebbe permesso di spiegare la preferenza riscontrata negli esperimenti precedenti come semplice preferenza per le caratteristiche spazio-temporali del “Lancio” e non come una preferenza per la causalità fisica percepibile in esso. Dai dati, tuttavia, è emersa una preferenza significativa da parte dei neonati per lo stimolo di tipo “Delay”.
Complessivamente, quindi, i risultati hanno mostrato una preferenza da parte dei neonati per uno stimolo di tipo causale (i.e., Effetto Lancio; Esp. 1 e 2). Uno stimolo con le stesse caratteristiche spazio-temporali del “Lancio” ma nel quale non sia possibile riscontrare, da parte di un essere umano adulto, alcun tipo di causalità fisica (Esp. 3) non scatena questo tipo di preferenza. Sembra quindi che fin dalla nascita sia presente nella nostra specie una sensibilità per cogliere dei semplici rapporti causa-effetto di tipo fisico.

Sensibilità del pulcino domestico per il movimento auto-indotto come indizio di animacy
Il movimento auto-indotto sembra essere uno degli indizi più forti per percepire un oggetto come “essere animato” (i.e., un oggetto in grado di muoversi autonomamente a differenza di altri che possono essere messi in movimento solo a seguito di una spinta ricevuta; Aristotele, Physics; New, Cosmides, Tooby, 2007). Ricerche condotte nell’ambito della psicologia dello sviluppo, ad esempio, hanno mostrato che già in tenera età gli infanti sono consapevoli che un oggetto statico può muoversi solo se spinto da un altro oggetto, a meno che non sia fornito di un meccanismo che gli permetta di spostarsi autonomamente (Luo e Baillargeon, 2005; Luo, Kaufman, Baillargeon, 2009). Le ricerche attuali, tuttavia, distinguono la rappresentazione di “animacy” (il grado con cui un oggetto appare come essere “animato”, capace di movimento auto-indotto e di agire come agente-causale) da una rappresentazione di “agency” (la capacità di un oggetto di agire intenzionalmente nell’ambiente che lo circonda, perseguendo uno scopo preciso). Ad oggi è dimostrato che un movimento di tipo auto-indotto (self-propelled) è un indizio rilevante per attribuzioni di “agency” (Luo e Baillargeon, 2005; Csibra, 2008), mentre il ruolo svolto da questo tipo di movimento nell’attribuzione di animacy non è stato ancora indagato appropriatamente. Da ricerche svolte nell’ambito della psicologia comparata, inoltre, non è chiaro quale ruolo abbia il movimento di tipo auto-indotto nel formarsi di aspettative riguardo alla potenziale capacità di un oggetto di cambiare la propria collocazione spaziale (Hauser, 1998). I risultati di tali ricerche, inoltre, potrebbero essere influenzati dalle esperienze passate degli animali presi in esame.
Date queste premesse, nella seconda parte di questa tesi si è cercato di rispondere a due domande: la distinzione tra esseri animati e inanimati sulla base del tipo di movimento (auto-indotto o indotto dall’esterno) che li caratterizza è valida anche per specie animali diverse dalla nostra? Questo tipo di distinzione emerge grazie all’esperienza o è parte di una predisposizione naturale presente fin dalla nascita?
Per questo si è scelto di indagare la sensibilità di pulcini di pollo domestico appena nati al movimento di tipo auto-indotto come indizio di animacy (i.e., come indizio della presenza di una forza di movimento interna; Leslie e Keeble, 1987). Trattandosi di una specie precoce, con prole atta, la scelta del pulcino domestico ha permesso, in primo luogo, un controllo rigoroso delle esperienze visive dei soggetti, in secondo luogo, di sfruttare il fenomeno dell’imprinting filiale (i.e., un fenomeno di rapido attaccamento sociale che i piccoli delle specie nidifughe sviluppano in seguito ad una semplice esposizione ad uno stimolo saliente e in assenza di rinforzo; Horn, 2004).
Tutti i soggetti provenivano da uova incubate e schiuse al buio totale, per prevenire qualsiasi tipo di esperienza visiva. Sono stati condotti 4 esperimenti, tutti con la medesima procedura. Il primo giorno di vita, i pulcini venivano prelevati dalla schiuditrice a gruppi di 8, portati in una piccola scatola di cartone nella stanza sperimentale ed esposti per un’ora e mezza circa ad un video nel quale erano visibili due oggetti ovali in movimento. I due oggetti coinvolti nell’animazione erano identici per forma e diversi per colore (rosso l’uno, porpora l’altro, con colore di ciascun oggetto e direzione del movimento bilanciate tra i gruppi). Al termine dell’esposizione i pulcini venivano prelevati uno alla volta e posti in un corridoio di scelta, alle estremità del quale si trovavano gli stimoli test. Questi ultimi erano costituiti dai due oggetti visti interagire nello stimolo di esposizione (“ovale rosso” e “ovale porpora”) in movimento sul piano frontale.
Nel filmato di esposizione utilizzato per l’Esp. 1 i due oggetti ovali erano implicati in un tipico Effetto Lancio (simile a quello descritto precedentemente) in cui un essere umano adulto percepisce l’oggetto “A” come “agente causale dotato di movimento auto-indotto” che spinge “B” causandone lo spostamento. L’ipotesi era che i pulcini, se fossero stati in grado di discriminare tra i ruoli dei due oggetti visti interagire in fase di esposizione, in fase test avrebbero scelto di avvicinare l’oggetto precedentemente percepito come “agente causale” dotato di movimento auto-indotto, dal momento che sappiamo che questa specie nasce predisposta ad imprintarsi sull’oggetto maggiormente saliente nel proprio campo visivo e una delle caratteristiche maggiormente salienti di uno stimolo è proprio il suo movimento (anche di tipo biologico, Vallortigara et al., 2005). Posti di fronte alla scelta tra i due oggetti visti interagire nel filmato Lancio, i pulcini hanno mostrato una scelta significativa per lo stimolo che nell’animazione di esposizione aveva ricoperto il ruolo di “agente causale” dotato di movimento auto-indotto.
Tuttavia, al fine di escludere che la preferenza riscontrata fosse semplicemente una scelta per il primo oggetto a muoversi, è stato condotto un secondo esperimento, nel quale i soggetti sono stati esposti ad un filmato identico allo stimolo “Lancio” eccetto che per la sequenza dei movimenti dei due oggetti, che era invertita (l’ovale “A”, quindi, iniziava il suo movimento solo dopo l’arresto di “B”). In questo modo veniva meno la relazione causale tra i movimenti dei due oggetti, ed entrambi erano percepibili come dotati di movimento auto-indotto. Se la preferenza mostrata dai pulcini nell’Esp. 1 fosse stata dovuta ad una scelta per il primo oggetto a muoversi anche in questo caso avremmo dovuto riscontrare lo stesso effetto. Dai dati, tuttavia, non è emersa alcuna scelta significativa da parte dei soggetti.
Il filmato di tipo “Lancio”, tuttavia, differiva da quello utilizzato nel secondo esperimento non solo per la sequenza dei movimenti ma anche per la presenza, nel “Lancio”, di un contatto tra i due oggetti coinvolti. Nell’Esp. 3, quindi, si è voluto verificare se la preferenza espressa nel primo esperimento potesse essere dovuta ad una scelta per lo stimolo che era stato visto muoversi “prima del contatto” (e non ad una scelta per l’oggetto dotato di movimento auto-indotto). Come stimolo di esposizione è stato utilizzato un filmato di tipo “Delay”, del tutto identico al “Lancio” eccetto che per un intervallo di tre secondi tra l’arresto del primo e la partenza del secondo oggetto. Questo intervallo si sa essere sufficiente, nell’essere umano adulto, per abolire qualsiasi tipo di percezione causale tra i movimenti dei due oggetti: entrambi, quindi, apparivano come dotati di movimento auto-indotto. Anche in questo esperimento, come nel precedente, non è emersa alcuna preferenza da parte dei pulcini per gli stimoli test.
È stato condotto, infine, un quarto esperimento, con lo scopo di determinare se la preferenza riscontrata nell’Esp. 1 fosse dovuta ad una scelta per l’oggetto che era percepito come “causa” del movimento del secondo, senza tuttavia cogliere la natura del suo movimento. I soggetti sono stati esposti ad un filmato identico al “Lancio” usato nel primo esperimento, eccetto che per la presenza di due piccoli schermi che coprivano la parte iniziale e finale della sequenza. In questo modo non c’erano indizi riguardo alla natura del movimento (auto-indotto o non) dell’oggetto “A”, mentre quest’ultimo continuava ad essere percepibile come causa del movimento di “B”. I dati non hanno mostrato alcuna scelta significativa da parte dei pulcini, che quindi non sembrano mostrare preferenze né per l’oggetto che ha avuto il ruolo di “causa” né per quello che è stato “ricevente” nella relazione causale vista in fase di esposizione.
Dai dati sembra quindi che i pulcini di pollo domestico siano in grado di cogliere la natura di un movimento, mostrando di preferire un oggetto che si muove di movimento auto-indotto rispetto ad un oggetto il cui movimento è stato causato da altro (Esp. 1). Il primo oggetto a muoversi tra due (Esp. 2), un contatto fisico in assenza di relazioni causali (Esp. 3) o una relazione causale che non permetta di fare inferenze riguardo alla natura del movimento dei due oggetti coinvolti (Esp. 4), non sono sufficienti a scatenare alcun tipo di preferenza. Questi risultati sembrano dimostrare la presenza di una sensibilità innata nel pulcino di pollo domestico per cogliere la natura di un movimento e preferire un oggetto dotato di movimento auto-indotto come target di imprinting. Questa sensibilità, quindi, potrebbe essere sufficiente per vincolare in modo adattativo la scelta dell’oggetto su cui imprintarsi.

Complessivamente, i risultati riportati in questa tesi sembrano essere compatibili con l’ipotesi che diverse specie di vertebrati, incluso l’essere umano, posseggano un bias innato per prestare attenzione alle informazioni sensoriali riguardanti altri esseri animati.

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Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Regolin, Lucia
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 22 > Scuole per il 22simo ciclo > SCIENZE PSICOLOGICHE > PERCEZIONE E PSICOFISICA
Data di deposito della tesi:NON SPECIFICATO
Anno di Pubblicazione:28 Gennaio 2010
Parole chiave (italiano / inglese):Physical Causality, Self-propelled motion, Animacy, Newborns, Domestic chick
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 11 - Scienze storiche, filosofiche, pedagogiche e psicologiche > M-PSI/02 Psicobiologia e psicologia fisiologica
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Psicologia Generale
Codice ID:2704
Depositato il:12 Nov 2010 12:28
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