Laboratorio diErgonomia e Design

Modulo: Psicologia Cognitiva6 CFU (ogni martedì)

Docente: Maria Teresa TuranoSezione di Psicologia - Dipartimento di Neuroscienze, Psicologia, Area

del Farmaco e Salute del Bambino (NEUROFARBA)

Padiglione 26 – Via di San Salvi, 12 - 50135 Firenze

www.cogpsy.it

Contatti & Ricevimento

• E-mail: mariateresa.turano@unifi.it• Ricevimento su appuntamento presso la Sezione di Psicologia

(Dipartimento di NEUROFARBA) in San Salvi (Via di San Salvi 12, Padiglione 26).

• Alla fine di ogni lezione, dedicheremo 10’ per chiarimenti e curiosità.

Modalità d’esame

•Scritto e Orale

Obiettivi del corso

• Il corso riguarderà lo studio dei processi cognitivi e degli strumenti metodologici dell’Ergonomia Cognitiva.

Libri di testo consigliati

Il corso riguarderà lo studio dei processi cognitivi e degli strumenti metodologici dell’Ergonomia Cognitiva.

• Di Nocera F., Che cos’è l’ergonomia cognitiva, Carocci, Roma, 2004

• Giannini A.M., Marzi T., Viggiano M.P., Design, Giunti, Firenze, 2011

• Diapositive delle lezioni

Consigliato: Benyon D., Progettare l’interazione, Pearson, Torino, 2012

Overview: Lezione I

• La Psicologia Cognitiva e il suo contributo al Design

• Mente e cervello

• Il cervello umano

• Storia della Psicologia Cognitiva

• Metodi della Psicologia Cognitiva

Topics

• Cos’è la Psicologia Cognitiva?

• Cosa ha contribuito alla nascita della Psicologia Cognitiva?

• Quali sono i metodi utilizzati in Psicologia Cognitiva?

• Qual è il suo contributo al Design?

Che cos’è la Psicologia?

• Il termine "psicologia "deriva dal greco psyché (ψυχή) - spirito, anima - e da logos (λόγος) - discorso, studio.

• La psicologia indica quindi, da un punto di vista strettamente letterale, lo studio dello spirito o dell'anima.

Che cos’è la Psicologia?

• Disciplina composta da diverse sub discipline.

• I processi mentali si possono suddividere in due ampie categorie: processi cognitivi e processi dinamici.

Quali sono i processi mentali?

Processi mentali

Processi cognitivi Processi dinamici

Sono relativi al modo incui conosciamo il mondo esterno

Sono relativi ai bisogni e alle motivazioni che ciSpingono a interagire con esso

La Psicologia Cognitiva studia i processi cognitivi

Studia i processi cognitivi e come essi influenzano le nostre capacità di interazione con il mondo.

Elaborazione dei modelli teorici relativi.

Lo scopo della psicologia cognitiva è di comprendere come la mente nella sua globalità elabori informazione, produca conoscenza e progetti piani d’azione.

Che cos’è la Psicologia Cognitiva?

• Cognitive psychology refers to all processes by which the sensory input is transformed, reduced, elaborated, stored, and recovered.

Ulric Neisser (1967)

• As cognitive psychologists, we are interested in a wide domain or inquiry: How people perceive, represent, remember, and use knowledge?

D.A Norman & D.E. & Rumelhart & (1975)

Quel è il suo contributo nel Design?

• Nella progettazione, produzione e fruizione di un oggetto, cioè nel complesso delle operazioni che è sintetizzato dal concetto di design, la mente umana si avvale di tutti i suoi processi.

• Se consideriamo le componenti principali di un oggetto (la forma, la funzione, la valenza simbolica e la valenza estetica) i processi psichici di particolare rilevanza per il design sono la percezione, la prassia, la categorizzazione e la valutazione emozionale ed estetica.

Approccio ecologico al design

• Quali sono i vincoli cognitivi (percettivi, attentivi, …, ) che influenzano il comportamento delle persone?

Quali sono le abilità cognitive implicate nell’uso di artefatti?

Contributo al design

• La psicologia cognitiva, indirizzata alla comprensione delle menti dei fruitori degli artefatti, è uno strumento utile ai progettisti per progettare oggetti efficaci.

• Quali sono i processi fisiologici/cerebrali che sono alla base delle operazioni mentali implicate nella produzione e nella fruizione di un oggetto?

• Che cos’è il cervello? Qual è la sua organizzazione anatomica e funzionale?

• Il cervello è la mente sono una cosa sola?

Il grande dibattito

Il cervello è il l’hardware e la mente è il software…

Rapporto mente-cervello: la mente è un’entità fondata sui processi cerebrali?

• Punto di vista strettamente lessicale mente e cervello sono sinonimi.

• Il significato del termine cervello è immediatamente individuabile!

Organo posto nella cavità cranica.

• Il significato della parola mente manca di un correlato oggettivo univoco!

Si riferisce all’insieme delle attività cognitive di ogni essere vivente che sia dotato di coscienza, pensiero, linguaggio.

• Approccio unitario (stesso significato) / Approccio dicotomico (significati differenti-> dicotomia cartesiana)

Il cervello

• Il cervello umano esiste da circa 100000 anni ed è un organo molto complesso.

• Massa di tessuto biologico in grado di pensare, ricordare, prestare attenzione, risolvere problemi, giocare… manifestare pregiudizi…

• Questi processi sono svolti grazie all’attività integrata di strutture altamente specializzate che compongono il cervello.

• Come è fatto? Come funziona?

Il Cervello: piccolo tour guidato…

Il cervello

Peso medio: 1400 g (DS = 500 g)100 miliardi di neuroniCervello = Attività mentale

I neuroni

• Più di cento miliardi di neuroni…. Ogni neurone forma in media da 1000 a 10000 sinapsi

Dendriti

Soma

Terminazioni sinaptiche

Assone

La struttura del Sistema Nervoso

Il sistema nervoso centrale

Immagine tratta da Netter - Atlas of Human Neuroscience

Homunculus motorio ed homunculus somatosensoriale: mappatura spaziale

Come è stato/a studiato/a il cervello-la mente nel corso della storia?

• Dibattito mente e cervello

• Concetto di anima.

Nascita della Psicologia

• Omero (IX secolo a.C) la psiche è il soffio vitale, il principio della vita; fantasma.

• Orfismo (movimento religioso del VI sec. a.C.) la psiche è un’entità di origine divina, racchiusa nel corpo come in un carcere.

• Diogene di Apollonia e Democrito (V secolo a.C.) la psiche è l’intelligenza o la consapevolezza morale.

• Socrate (469-399 a.C.) la psiche è il centro della conoscenza morale dell’uomo / «cura dell’anima».

I progenitori della psicologia: I grandi filosofi

• Platone (427-347 a.C) e Aristotele (384- 322 a.C) furono tra i primi a confrontarsi su come la mente funzioni.

• Una questione fondamentale: le capacità cognitive sono innate o plasmate dall’esperienza?

• Dibattito ancora attuale sul ruolo della natura e cultura!!

Pensiero filosofico post-socratico…

Platone (427-347 a.C.) e Aristotele (384-322 a.C.); […];

Idee prive di oggettività

• Osservazioni e riflessioni personali, dall’intuizione e dalla riflessione

• Il loro approccio non prevedeva alcun metodo di verifica delle teorie.

• Nella psicologia moderna la capacità di verificare una teoria costituisce il fondamento dell’approccio scientifico e la base per giungere a delle conclusioni.

L’errore di Cartesio

• Renè Descartes (1596-1650) dualismo mente-corpo

Mente e corpo sono separati

• Res cogitans: anima – sostanza spirituale realtà psichica

• Res extensa: corpo – sostanza materiale realtà fisica

La mente influenza il corpo attraverso la ghiandola pineale.

Il positivismo‘800

• Il Positivismo è una corrente filosofica, sociologica e culturale che si sviluppa nella seconda metà dell'Ottocento (ad opera di August Comte) ed è caratterizzata dalla fiducia nel progresso scientifico e dal tentativo di applicare il metodo scientifico a tutte le sfere della conoscenza e della vita umana.

• Visione materialista: tutto può essere spiegato alla luce delle leggi delle proprietà fisiche della materia e dell’energia. Sviluppo della chimica, delle scienze naturali e della biologia.

La Psicofisica

• Sviluppo della psicofisica: Gustav Fechner (1860): misurabilità oggettiva e rigorosa (metodo sperimentale) delle sensazioni

• Fisiologia di Herman von Helmoltz (velocità dell’impulso nervoso e percezione uditiva come aggregato di sensazioni semplici)

Frenologia : Franz Joseph Gall (1758-1828)

• Il cervello è l’organo base della mente:

differenti facoltà mentali hanno sede in aree

diverse.

• Gall ha sviluppato il metodo della "cranioscopia", basato sull’assunzione che particolari forme dello scalpo correlavano con particolari abilità mentali o tratti di personalità

• Cranioscopia: phrenology («phren»: mind, «logos»: study)

• 27 "organi”

• Cesare Lombroso

Specificità funzionale

• Dibattito attuale sulla specificità funzionale di processi e aree neurali

• Indagata con le moderne tecniche di indagine

• Evidenze dalla neuropsicologia: studio di pazienti con lesioni in specifiche aree e insorgenza di deficit specifici

Un esempio: L’area fusiforme delle facce

Il Metodo Sperimentale

• Alla fine del 1800 gli psicologi erano fiduciosi nel progetto di una “nuova psicologia” che mirasse alla formulazione delle leggi della vita psichica attraverso

• Il METODO SPERIMENTALE

• La nuova psicologia: Adozione del metodo sperimentale (praticato dai fisiologi e fisici)

• Individuazione di uno specifico oggetto di studio da sottoporre all’indagine sperimentale l’esperienza immediata: ciò che esperisce il soggetto nella sua relazione con il mondo esterno

• Metodo usato: l’introspezione: osservazione soggettiva della propria esperienza personale.

• Approccio: Strutturalismo analisi degli elementi di base che costituiscono la mente

• Scomporre la coscienza in sensazioni ed emozioni elementari.

Il primo laboratorio

• 1879, Lipsia -> W. Wundt

• Metodo sperimentale

• Nascita della psicologia come disciplina autonoma ed indipendente

A San Salvi, visitate il Dipartimento di Psicologia…

Lo psicologo diventa scienziato…

Lo psicologo registra con strumenti i fenomeni psichici.

• Lo psicologo sperimentale è uno scienziato: le sue ricerche hanno origine in un laboratorio, sono il frutto della collaborazione tra più sperimentatori, i risultati sono discussi a convegni.

Lo psicologo diventa scienziato…

• Sensazioni e sentimenti vanno indagati con il metodo sperimentale.

• Lo sperimentatore manipola delle variabili (es. durata, intensità di uno stimolo) e si osserva la risposta del soggetto (tempi di reazione o resoconti verbali).

• Si studia l’influenza di determinati fattori sui processi psichici.

Esempio

• Esempio: veniva presentato agli osservatori uno stimolo (colore o suono) e si chiedeva loro di riferire le proprie introspezioni, esperienza sensoriale

• Tempi di reazione: quantità di tempo impiegata per rispondere ad uno stimolo specifico

Premi il pulsante quando vedi la croce

Strutturalismo

• Oggetto di studio: i contenuti dell’esperienza “immediata”

L’esperienza immediata è, secondo Wundt, un aggregato di esperienze coscienti elementari (sensazioni e sentimenti); la psicologia deve studiare i singoli elementi e le leggi di connessione tra essi.

Come sono composti i processi mentali ? (atteggiamento elementista)

Strutturalismo

• Introspezione sperimentale

• Esperimenti sulla sensazione e percezione, resoconti di natura quantitativa sulle caratteristiche fisiche dello stimolo

• Addestramento di soggetti

• Stati Uniti: Edward Titchener (1867-1927)

• La psicologia ha il compito di descrivere la struttura, l’architettura della mente, sezionandola nelle sue componenti

• Struttura della mente Introspezione

Funzionalismo & Comportamentismo

• W. James (1842-1910) -> Principles of Psychology (1890) La coscienza è più simile ad un flusso incessante che a un complesso di elementi distinti.

• Watson (1913) -> Comportamentismo classico

… e in Italia?

• 1903: A Firenze primo laboratorio di Francesco De Sarlo, Enzo Bonaventura, Alberto Marzi

• 1905: I Congresso di Psicologia a Roma – Rivista di Psicologia

Scuole di Psicologia del ‘900

• Gestalt (Germania)

• Psicoanalisi (Austria)

• Comportamentismo (USA)

• Scuola storico-culturale (Unione Sovietica)

La teoria della forma (primi del ‘900)

• Il tutto è più della somma delle parti…

• La Gestalt è l’organizzazione (letteralmente «forma») degli elementi del campo percettivo, tale strutturazione fa sì che i singoli elementi acquisiscano caratteristiche nuove.

La rivoluzione cognitiva: Principi Concettuali

• Il nostro modo di percepire e agire nel mondo non è diretto, ma percezioni, pensieri e d azioni dipendono piuttosto da trasformazioni o elaborazioni interne.

• L’elaborazione delle informazioni dipende da Rappresentazioni mentali.

• La Psicologia Cognitiva ha per oggetto l’indagine del modo in cui manipoliamo le rappresentazioni mentali.

Cognitivismo

• La mente non viene più concepita come sistema chiuso in cui entrano stimoli ed escono risposte ma come un sistema attivo che agisce sugli stimoli esterni, li seleziona e li elabora.

• L’indagine si estende ai processi “interni” che generano attività comportamentali esterne (motorie, verbali…).

• Processi cognitivi e dinamici

I processi cognitivi esistono. Pertanto la ragionefondamentale per studiarli non è diversa dalla ragione perstudiare qualunque altra cosa. Tutto quel che sappiamodella realtà è stato mediato non solo dagli organi di senso,ma da sistemi complessi che interpretano continuamentel‘informazione fornita dai sensi (1967).

Ulric Neisser (1928)

L’Information Processingparadigma dell’elaborazione dell’informazionimodo migliore per studiare l’attività cognitiva

umana.

• L’elaborazione dell’informazione avviene secondo una sequenza di stadi, elaborazione seriale.

• Per i comportamentisti la mente era inaccessibile alla ricerca sperimentale: era una scatola nera (black-box), luogo di entrata (input) e di uscita (output) delle risposte.

• I modelli cognitivisti riempirono la scatola nera con un numero di scatole indicate come stadi specifici di determinate operazioni cognitive (percezione, attenzione, memoria…)

Elaborazione stadiale

percezioneapprendimento

e memoriarecupero pensiero

output

input

Flusso dell’elaborazione dell’informazione

Cognitivismo

• Si studiano i processi cognitivi: Percezione, memoria, attenzione, linguaggio, pensiero.

• Metacognizione: Complesso di idee e credenze che ogni individuo sviluppa nel corso della propria vita intorno ai propri processi cognitivi.

• Processi emozionali e motivazionali personalità.

H.M.

• Anni ‘60 -> Neuropsicologia

• Studiare gli effetti di lesioni cerebrali sui processi mentali (in pazienti cerebrolesi)

• '53 H.M. subì l'asportazione dei lobi temporali mediali con un'operazione del chirurgo William Scoville.

Localizzazionismo

• Localizzare a livello cerebrale le varie funzioni mentali

-> una nuova frenologia?

Le Neuroscienze Cognitive

• Verso la fine degli anni ‘70 in un taxi di New York Miller e Gazzaniga in viaggio verso un simposio coniarono il termine Neuroscienze cognitive.

• Sviluppi nelle neuroscienze (scoperta di specializzazione funzionale dei neuroni, di specializzazione emisferica, di macrosistemi di modulazione dell’attività cerebrale, ecc.) e sviluppo di tecniche invasive (registrazione intracellulare) e non invasive (Potenziali evocati, PET, fMRI) per lo studio del sistema nervoso hanno consentito una più stretta connessione tra la psicologia cognitiva e le neuroscienze

• Modelli neuro-cognitivi: gerarchia di elaborazione = livello molecolare, neuronale, sistemico, funzionale. I processi psicologici costituiscono il livello più alto ed “emergono” dai processi di tipo elementare.

E il dibattito: mente/cervello?

• Un notevole contributo alla conoscenza del rapporto tra mente e cervello viene dallo studio di pazienti che hanno subito lesioni fisiche cerebrali (The Descartes’ error).

• Neurologo portoghese Antonio R. Damasio ha descritto un caso clinico davvero noto: Phineas P. Gage (1848).

• Damasio nega la dicotomia emozione-ragione: la ragione è guidata dalla valutazione emotiva delle conseguenze dell’azione, l’emozione ha la proprietà di influenzare i processi decisionali. La vita mentale si realizzerebbe attraverso il meccanismo dell’utilizzazione di informazioni derivanti dalle strutture nervose preposte all’elaborazione delle risposte affettivo-emotive e allo stesso tempo in relazione con i contenuti della memoria, che riemergono nel momento dell’esperienza.

• Lo studio del caso Gage ha permesso a Damasio di individuare nell’area della corteccia frontale la funzione di mediare gli aspetti emotivi e cognitivi del comportamento.

Come si studia la cognizione?Metodi

Misure comportamentali

• Accuratezza: Numero di risposte corrette (o di errori)

• Tempi di reazione: Intervallo di tempo che intercorre fra la presentazione dello stimolo (visivo, uditivo, tattile, …) e l’esecuzione della risposta (motoria, verbale).

La localizzazione: TAC

• La tomografia assiale computerizzata (computerizzed axial tomografy), i cui apparecchi sono in commercio dal 1986, è uno strumento che consente di ottenere immagini in vivo del cervello.

• Versione avanzata dell’indagine radiologica convenzionale con i raggi X (a due dimensioni).

• Permette la ricostruzione dello spazio tridimensionale (3 dimensioni).

• Un fascio di raggi X viene proiettato attraverso la testa del soggetto e l’immagine prodotta fornisce una misura della densità dei tessuti attraversati.

• Proiettando fasci di raggi X da molteplici angolazioni ed elaborando i dati al PC si ottiene un’immagine tridimensionale.

PETTomografia a emissione di positroni -> rilevamento dellevariazioni del metabolismo o nel flusso sanguignocerebrale che si verificano mentre il soggetto è impegnatonell’esecuzione di compiti cognitivi.

Viene immesso in circolo un tracciante (elementiradioattivi, o radioisotopi).Gli isotopi decadono rapidamente emettendo positroniche collidono con gli elettroni generando raggi gamma.Lo scanner PER è sostanzialmente un rilevatore di raggigamma. Poiché gli isotopi sono presenti nel sangue,l’immagine ricostruita mostra la distribuzione del flussosanguigno: la radiazione sarà più alta là dove l’afflusso disangue è maggiore.

MRI, fMRI

MRI vs fMRI

• MRI consente di studiare l’anatomia del cervello

• La functionalMRI consente di studiare le funzioni cerebrali

• Come la PET, anche la fMRI sfrutta l’aumento locale dell’irrorazione sanguigna.

• Onde radio causano l’oscillazione dei protoni degli atomi di idrogeno, quindi un sensore misura i campi locali di energia emessi quando i protoni ritornano all’orientamento del campo magnetico esterno.

• La costruzione dell’immagine fMRI è però incentrata sulle proprietà magnetiche dell’emoglobina, la proteina che trasporta l’ossigeno nel sangue. Quando l’ossigeno viene assorbito dai tessuti l’emoglobina diventa deossigenata. I sensori fMRI misurano il rapporto tra oss-emoglobina e desossiemoglobina -> Effetto BOLD: effetto dipendente dal livello di ossigenazione del sangue

EEG - ERP

www.cogpsy.it CogPsy Lab

Proprietà

• Le componenti ERP godono di tre proprietà principali: la latenza, che indica l’intervallo di tempo (in msec) che intercorre tra la presentazione dello stimolo e la comparsa della componente nel tempo; la polarità, rispetto al campo elettrico (P indica una deflessione positiva, N una deflessione negativa); l’ampiezza che rappresenta la distanza espressa in microvolt tra il picco positivo e quello negativo e la linea di base.

• Le componenti possono essere collocate lungo un continuum temporale tale da descrivere una sequenza dei diversi stati di elaborazione di uno stimolo.

Latenza

• 0-50 msec – trasmissione sottocorticale

• 50-150 mesc – elaborazione sensoriale

• Oltre 150 msec – elaborazione cognitiva

MEG

• Tecnica correlata all’ERP. Oltre agli eventi elettrici associata con l’attività sinaptica, i neuroni attivi producono anche piccoli campi magnetici.

• Con con l’EEG, si può costruire una media dei tracciati MEG ottenendo gli ERF (event-related fields).

• Stessa risoluzione temporale degli ERP ma vantaggio di localizzare precisamente la fonte del segnale.

TMS

TMS

• La Stimolazione Magnetica Transcranica consiste nell’interrompere la funzione neurale in una regione prescelta della corteccia.

• Il dispositivo consiste in una bobina (coil) collegata a potenti condensatori elettrici che inviano una forte corrente elettrica. Quando il coil è posato sul cranio, il campo magnetico (generato dalla corrente) attraversa la cute e lo scalpo e invia impulsi.

• Macro-aree cerebrali.

• Variando l’intervallo che separa l’inizio dell’impulso e la comparsa dello stimolo, si può ricostruire il corso dell’elaborazione nel tempo.

• Effetti piuttosto brevi.

Eye-tracking

• Tecnica in grado di registrare la dilatazione e la contrazione delle pupille.

• Esplorazione visiva di un’immagine.

Resoconti verbali e Questionari di autovalutazione

• Verbalizzazione dell’analisi introspettiva

• Problem solving

• Questionari di autovalutazione:

– Metacognizione

– Differenze individuali (es. abilità immaginative/verbali)

– Questionari sugli stati psicologici (umore, stress, disturbi psicosomatici) e tipologie (“Mattutini” vs “Serotini”, Horne & Östberg,1976)

Una visione d’insieme

• Metodi Comportamentali

• Metodi Elettrofisiologici

E di Neuroimmagine

Oggettivi

Soggettivi

AccuratezzaTempi di reazioneProve cognitive

Questionari di autovalutazione

Sistema Nervoso CentraleEEG ERPTAC MRI fMRITMS

Processi mentali covert e overt

Stimolo Risposta

t0 tx

Processo covert Processo overt

Tecniche elettrofisiologiche e di neuroimmagine

Tecniche comportamentali