Una rappresentazione può codificare non solo le caratteristiche proprie degli oggetti del mondo rappresentato, ma anche i rapporti che intercorrono fra gli oggetti stessi. Nella rappresentazione del mondo fisico, ad esempio, è possibile preservare le relazioni di carattere topologico: per fare questo è sufficiente che i rapporti spaziali che intercorrono fra gli oggetti vengano mantenuti nella codifica. Vengono definite mappe le rappresentazioni che conservano i rapporti topologici (e, talvolta, metrici) fra gli oggetti del mondo rappresentato.

Una rappresentazione topologica è possibile anche nel sistema nervoso. In questo caso la mappa è data da un insieme di neuroni organizzati in una matrice bidimensionale; i campi recettivi delle unità sono organizzati in modo che neuroni adiacenti hanno campi recettivi adiacenti, e la locazione spaziale degli stimoli viene rappresentata attraverso la locazione fisica delle cellule.

Le mappe presenti nelle aree corticali e subcorticali possono essere raggruppate in due tipologie:

1. le mappe percettive o sensoriali;
2. le mappe motorie.

Nelle mappe percettive vengono codificati i segnali provenienti dal mondo esterno attraverso gli organi di senso. Le relazioni topologiche vengono mantenute in quanto ad ogni neurone di tale regione corrisponde un'area spaziale, detta campo recettivo, e l'architettura della regione è tale che, a neuroni adiacenti, corrispondono campi recettivi spazialmente vicini. Le mappe percettive selettive nei confronti degli attributi fisici sono definite mappe degli attributi (features map: Treisman, 1988). Nella terminologia di Treisman l'unione delle mappe degli attributi è definita master map (Treisman, 1988).

Nelle mappe motorie vengono invece codificate le azioni od i movimenti di cui l'organismo è capace. In questo caso sono le proiezioni dei neuroni ad essere organizzate topologicamente, in quanto a neuroni adiacenti corrispondono movimenti simili. Gli atti motori possono essere codificati a diversi livelli di astrazione: nelle regioni periferiche le mappe codificano i movimenti muscolari, mentre nelle aree più centrali la codifica avviene ad un livello più astratto, ad esempio attraverso una rappresentazione vettoriale.

Nel cervello vi sono, però molte mappe premotorie che codificano anche stimoli percettivi, e dunque possono essere più propriamente definite mappe percettivo-motorie. Rizzolatti e colleghi definiscono queste rappresentazioni come mappe pragmatiche (Rizzolatti, Riggio & Sheliga, 1994, pag. 239), in quanto la salienza della rappresentazione dipende dalla possibilità di operare, verso quell'oggetto, determinate operazioni.

La codifica delle informazioni nelle due vie di elaborazione

Lo scopo dei primi stadi di elaborazione visivi è quello di ricostruire e localizzare gli oggetti partendo dalla proiezione bidimensionale fornita dalla retina. La percezione visiva assolve dunque una duplice funzione (De Yoe & Van Essen, 1988, pag. 219):

• il processo di identificazione degli oggetti, finalizzato alla codifica delle proprietà fisiche globali degli oggetti, in maniera indipendente rispetto alle condizioni locali dell'immagine proiettata sulla retina (Desimone & Ungerleider, 1989, pag. 271);
• il processo di analisi delle relazioni spaziali fra gli oggetti e fra le componenti di un oggetto, attraverso una mappatura topologica dell'ambiente circostante, espresso in coordinate indipendenti dalla posizione dei recettori (ovvero non retinocentriche).

Gli attributi sensoriali (sensory cue) sono dati da quelle informazioni presenti nell'immagine che possono essere estratte attraverso un'elaborazione locale e contribuiscono alla percezione od al comportamento guidato dalla visione (De Yoe & Van Essen, 1988, pag. 220): il contrasto spaziale, la velocità retinica, la disparità binoculare e l'orientamento bidimensionale.

A partire da queste informazioni il meccanismo visivo ricostruisce le informazioni relative alle caratteristiche fisiche degli oggetti percepiti, ovvero gli attributi fisici (perceived attributes, De Yoe & Van Essen, 1988, pag. 220): forma, colore, trama, luminosità, grado di trasparenza, rigidità, estensione spaziale, inclinazione, posizione, traiettoria e spin (rotazione dell'oggetto su se stesso).

Lo scopo dei primi stadi di elaborazione visivo è quello di ricostruire, partendo dagli attributi sensoriali, gli attributi fisici degli oggetti percepiti; tali informazioni sono successivamente utilizzate nei processi di identificazione e localizzazione. La successione di elaborazione è la seguente:

attributi sensoriali -> attributi fisici -> identificazione, localizzazione.

L'elaborazione dell'input visivo attraverso due meccanismi distinti per la localizzazione e l'identificazione comporta alcuni notevoli benefici. Paradossalmente, il vantaggio maggiore consiste nella possibilità, da parte di ognuno dei due meccanismi, di ignorare le informazioni pertinenti l'altro:

• la rappresentazione nella via di elaborazione spaziale rende equivalenti oggetti fisicamente diversi nei confronti dei quali sia possibile compiere operazioni simili;
• la rappresentazione adottata nel meccanismo di identificazione, viceversa, potendo ignorare le informazioni relative alla localizzazione di un oggetto riesce ad ottenere l'effetto di invarianza spaziale: due oggetti fisicamente uguali sono rappresentati in maniera identica nonostante la loro immagine possa essere proiettata verso aree retiniche diverse.

Nei compiti di identificazione, apprendimento, riconoscimento e classificazione è necessario disporre di una codifica centrata sull'oggetto, tale da poter disporre di valori costanti di forma, dimensione, colore indipendentemente dalle condizioni di contorno e, soprattutto, invariante rispetto alla posizione nello spazio tridimensionale ed a quella della proiezione retinica (Desimone & Ungerleider, 1989, pag. 271; Goodale & Milner, 1992, pag. 23).

Il meccanismo di identificazione visiva ha il compito di costruire una simile rappresentazione a partire dagli attributi fisici, e lungo la via di elaborazione vi sono dunque delle unità selettive verso tali attributi e capaci di invarianza spaziale. Tale effetto è ottenuto, come abbiamo visto nel precedente capitolo, attraverso neuroni con campo recettivo molto ampio. Nei compiti di programmazione degli atti motori è invece necessario disporre di una codifica di quattro tipi di attributi:

1. il locus spaziale ove l'oggetto è collocato;
2. l'estensione spaziale dell'oggetto
3. la salienza dell'oggetto;
4. la valenza pragmatica, ovvero la possibilità di compiere, verso quell'oggetto, determinate operazioni.

La localizzazione e l'estensione spaziale degli oggetti sono codificate nella localizzazione ed estensione delle proiezioni neurali. Gli indici di salienza e di valenza pragmatica possono essere collassati in un unico valore che rappresenti la combinazione (o meglio la congiunzione) dei due termini. In questo caso l'indice salienza Ä valenza pragmatica è codificato dall'intensità di attivazione delle cellule dell'area occupata dall'oggetto. Utilizzeremo il termine mappa di salienza nei contesti in cui l'elaborazione non faccia esplicitamente uso di informazioni di carattere pragmatico.

Mentre nel modulo di identificazione vengono eliminati tutti gli indici di carattere spaziale nelle mappe pragmatiche sono le caratteristiche quali colore, forma od inclinazione ad essere perse, rendendo di fatto impossibili operazioni di identificazione.