La Psicologia cognitiva

Eleonora Bilotta

La Psicologia cognitiva come Scienza La psicologia cognitiva disegna un

programma unitario per lo studio della mente: l’analogia tra la mente e il computer digitale.

E’ l’approccio dell’elaborazione delle informazioni.

Radici storiche della Psicologia Cognitiva 1956. Ad un convegno al MIT Chomsky espose la sua teoria del linguaggio, George Miller presentò uno studio sul carattere magico

del numero sette nella memoria a breve termine, Newell e Simon presentarono il modello del General

Problem solving. 1° convegno a Dartmouth di Intelligenza Artificiale. Nasce la Psicologia cognitiva e la Scienza Cognitiva.

Cos’è l’attività cognitiva?

Secondo Broadbent (1958) è una sequenza di stadi di elaborazione dell’informazione, dalla presentazione dello stimolo fino alla sua stiva in memoria.

2 tipi di elaborazione: Dall’alto verso il basso, (Top-down) Dal basso verso l’alto (Bottom-up)

Paradigma della Psicologia Cognitiva Neisser (1976) Sostiene che quasi tutta l’attività cognitiva sia

costituita dall’interazione simultanea tra processi dal basso verso l’alto e dall’alto verso il basso.

Si definisce il paradigma della Psicologia Cognitiva. Secondo tale paradigma:

1. L’individuo è un essere autonomo, dotato di intenzionalità, che interagisce con il mondo esterno;

2. La mente è un sistema di elaborazione di simboli; 3. Alcuni processi agiscono sui simboli trasformandoli e creando

altri simboli, che a loro volta si collegano con le entità del mondo esterno;

4. Lo scopo della ricerca psicologica è quello di specificare i processi e le rappresentazioni simboliche che sono alla base delle prestazioni nei diversi compiti cognitivi;

Paradigma della Psicologia Cognitiva 5. i processi cognitivi richiedono tempo e si possono formulare

previsioni sui tempi di reazione; 6. la mente è un processore a capacità limitata che presenta limiti

strutturali e di risorse; 7. il sistema simbolico dipende da un substrato neurologico, anche

se non è completamente vincolato ad esso. Negli anni 50-60, i ricercatori utilizzavano la metafora della mente

come computer per capire il funzionamento della mente. Negli anni ’70 sono stati invece sviluppati differenti linguaggi di programmazione che hanno portato all’utilizzo di numerosi aspetti del sw e dei linguaggi di programmazione. In seguito si è sviluppato il modello basato sulle capacità parallele di elaborazione del cervello.

La Scienza Cognitiva

E’ un insieme transdisciplinare che comprende: A. la Psicologia cognitiva, B. l’Intelligenza Artificiale, C. La Linguistica, D. la Filosofia, E. le Neuroscienze, L’antropologia. Scopo comune è comprendere il funzionamento

della mente

I 4 approcci della Psicologia Cognitiva Psicologia cognitiva sperimentale, segue il modello della

psicologia cognitiva e non implica un modello computazionale,

Scienza Cognitiva, sviluppa modelli computazionali per comprendere il funzionamento della mente,

Neuropsicologia cognitiva, studia modelli di deficit cognitivi, in pazienti cerebrolesi, per fornire informazioni sulla normale attività cognitiva umana,

Neuroscienza cognitiva, utilizza diverse tecniche per studiare il funzionamento del cervello (scansioni cerebrali) al fine di comprendere l’attività cognitiva umana.

Metodi empirici

I processi e le strutture cognitive delle sperimentazioni psicologiche sono di solito dedotti dal comportamento dei partecipanti (velocità e/o accuratezza delle prestazioni) ottenuto in condizioni ben controllate.

Creazione delle teorie della Psicologia Cognitiva.

Problema dei dati indiretti. Condizioni artificiali di laboratorio, diverse dalla

vita reale.

Introspezione come metodo aggiuntivo L’introspezione, definita come l’esame o osservazione dei propri processi

mentali, dipende dall’esperienza conscia, personale e privata per ciascun individuo.

Anche se alcuni autori riconoscono l’inutilità dell’introspezione (Nisbett e Wilson, 1988), può essere un utile strumento a sostegno delle evidenze sperimentali soprattutto:

A. attraverso resoconti introspettivi durante l’esecuzione di un compito piuttosto che retrospettivamente, a causa della fallibilità della memoria;

B. è più probabile che i partecipanti producano un’analisi introspettiva accurata quando descrivono ciò che stanno facendo o pensando, piuttosto che quando viene loro chiesto di interpretare una situazione o i loro stessi processi di pensiero;

C. l’introspezione non può essere utilizzata per i processi neurali o i processi di riconoscimento in quanto non esiste una chiara consapevolezza per molti processi cognitivi o per molti dei prodotti che tali processi generano (per esempio, l’apprendimento implicito o subliminale).

Scienza Cognitiva

Gli scienziati cognitivi elaborano modelli computazionali al fine di comprendere l’attività cognitiva umana.

Un modello computazionale che si rispetti è in grado di specificare una data teoria e ci consente di predire il comportamento in situazioni nuove. I modelli matematici sono stati usati in Psicologia sperimentale molto prima dell’apparire del paradigma dell’elaborazione delle informazioni (elaborazione del Q.I.)

Modelli computazionali

Gli scienziati cognitivi producono programmi informatici che rappresentano le teorie cognitive avendo reso espliciti tutti i dettagli, non teorie espresse attraverso formulazioni linguistiche vaghe.

Negli anni 60-70, venivano utilizzati i diagrammi di flusso, come piani o progetti di un programma, prima di scrivere il codice particolareggiato. I diagrammi di flusso sono più specifici delle descrizioni verbali, anche se poco soddisfacenti se non accompagnati da un programma codificato.

Frase in ingresso

Processo di codifica

Conserva memoria a lungo termine

La frase è ambigua?

La frase è troppo lunga?

Dividi la frase

Trova significati diversi

Diagramma di flusso sulla comprensione di una frase

Linguaggi di programmazione

I linguaggi diprogrammazione servono per scrivere i modelli computazionali.

LISP (Norvig 1992) e PROLOG (Shoham, 1993) sono i vecchi programmi della prima Intelligenza Artificiale.Attualmente ne esistono numerosi altri (C++, Java, altro).

Problema che riguarda cosa è un linguaggio di programmazione e cosa fa e quale processo cognitivo si vuole simulare.

Problema che riguarda la prestazione del programma e le prestazioni dei soggetti umani

Tecniche per costruire modelli computazionali Tre tipi di modelli sono : A. le reti semantiche, B. i sistemi di produzione, C. Reti connessioniste.

Le reti semantiche

GattoCane

Matita

Pesce

5

1

3

Diagramma di una rete semantica con nodi (per i vari concetti) e archi marcati con un numero per indicare il diverso grado di somiglianza di questi concetti fra loro (Collins e Loftus, 1975). La parola cane, per esempio viene riconosciuta molto più rapidamente se preceduta dalla parola gatto.

Sistemi di produzione

InputMemoria di lavoro

AA

Base delle regole di produzione

Se la fine della lista è A, allora AAB

Se la fine della lista è A, allora BA

Esegui la parte ALLORA della regola che combacia

Esegui il confronto con le parti SE delle regole

Sistema di produzione SE…….ALLORA (IF……THEN). Queste regole possono assumere molte forme. Un esempio:

“Ai passaggi pedonali, se è illuminato l’omino verde, attraversa la strada”.

Anderson (1993) ha simulato l’apprendimento umano usando regole di produzione, mentre altri ricercatori le hanno utilizzate per chiarire il meccanismo di rinforzo nei ratti (Holland et al., 1986.

Unità di rappresentazione interna

Pattern in ingresso

Pattern in uscitaRete connessionista

Reti connessioniste o neurali

Inventate da McCulloch e Pitts (1943) e da Hebb (1949), sono modelli di elaborazione distribuiti e paralleli che possono apprendere (e in un certo senso auto-programmarsi) a generare alcune risposte, quando vengono presentati input determinati.

Nonostante i primi modelli, degli anni ’70 (il Percettrone, di Minsky e Papert, realizzato in formato stabile nel 1988) presentassero numerosi limiti, in seguito con lo sviluppo HW e SW sono stati realizzati modelli di rete più complessi, in grado di superare i limiti originari (Rumelhart e McClelland, 1986).

Caratteristiche delle reti neurali

Una rete neurale è costituita da unità elementari (neuroni, o nodi) connesse tra loro in modo tale che ogni unità ha molti legami con alte unità.

Ogni unità può influenzare le altre inviando segnali inibenti o eccitatori.

Ogni unità assume la somma pesata di tutti i legami in ingresso e produce un unico valore in uscita che viene inviato ad un’altra unità se la somma pesata supera il valore soglia prefissato.

Caratteristiche delle reti neurali

La rete nel suo complesso è caratterizzata dalle proprietà delle singole unità da cui è formata, dai loro collegamenti e dalle regole usate per cambiare la forza delle connessioni tra le unità.

Le reti possono avere diverse strutture o strati, per esempio possono avere uno strato di legami in ingresso, strati intermedi (hidden units) e uno strato di unità in uscita.

La rappresentazione di un concetto può essere conservata in modo distribuito attraverso una specifica configurazione di attivazione diffusa nella rete.

Caratteristiche delle reti neurali

La stessa rete può conservare diversi pattern senza che essi interferiscano l’uno con l’altro, se sono però distinti fra loro.

La modalità di apprendimento più usata è nota come backpropagation of errors o BackProp.

Unità -i

-1

-1

+1

+1

-0.5

-0.5

0

0.75

+1

Net-input to unit –i =

= (-1x-0.5)+(-1x-0.5)+(+1x-0)+(+1x0.75)

=0.5 + 0.5 +0 + 0.75

=1.75

jjwa

Diagramma che illustra il modo in cui gli input derivanti da un certo numero di unità si combinano a produrre l’input complessivo dell’unità –i. L’unità –i ha un valore soglia di 1; pertanto se il suo input netto eccede 1, risponderà con +1. Se il suo valore netto è inferiore ad 1, risponderà con -1.

Come funziona BackProp

1. Le regole di apprendimento modificano i pesi delle connessioni. Un sistema BackProp consente alla rete di apprendere ad associare una specifica configurazione in ingresso con una specifica configurazione in uscita.

2. All’inizio si usano pesi casuali sulle connessioni tra le unità e le performances non sono quelle desiderate. BackProp mette a confronto la configurazione imperfetta con quella richiesta, segnalando gli errori commessi.

3. In seguito, invia alla rete una attivazione all’indietro in modo tale che i pesi tra le unità siano regolati per fornire in uscita la configurazione desiderata. Il processo viene ripetuto con la stessa configurazione di stimoli fino a quando la rete non produce la configurazione di risposta richiesta.

NETtalk

• Un esempio concreto di rete è NETtalk, costruita da Sejnowsky e Rosenberg (1987), che riceve come input un testo in inglese e produce come output un discorso parlato in un discreto inglese.

• Questa rete, addestrata su un numero limitato di parole, riesce a pronunciare parole nuove al 90% di accuratezza. Le regole di pronuncia che ha imparato sono emergenti, non possedendo questo sistema un gruppo di regole esplicite fornite come base.

Neuropsicologia cognitiva

Studia le prestazioni cognitive di individui portatori di una lesione cerebrale. Sono identificati gli aspetti intatti o danneggiati dell’attività cognitiva e questa informazione è preziosa per due motivi principali.

1. la prestazione cognitiva di individui portatori di lesioni cerebrali può essere spesso spiegata da teorie che appartengono alla psicologia cognitiva, che specificano i meccanismi implicati nel funzionamento cognitivo normale e dovrebbero poter spiegare molti dei disturbi cognitivi dei soggetti portatori di lesioni cerebrali in termini di danni selettivi ad alcuni di questi meccanismi.

Neuropsicologia cognitiva

2. può anche essere possibile utilizzare le informazioni tratte dal comportamento dei soggetti portatori di lesioni cerebrali per confutare le teorie proposte dagli psicologi cognitivi e proporre nuove teorie in merito al funzionamento cognitivo normale.

Secondo Ellis e Young (1988) lo scopo principale di tale approccio consiste nel trarre conclusioni sui processi cognitivi intatti, normali, a partire dall’osservazione delle capacità cognitive che restano intatte o vengono danneggiate nei pazienti cerebrolesi.. Il neurologo cognitivo vorrebbe poter affermare che le configurazioni di sintomi osservati potrebbero non verificarsi se il sistema cognitivo intatto, normale, non fosse organizzato in un certo modo”.

In altre parole potrebbe essere necessario un interscambio proficuo fra Psicologia Cognitiva e Neuropsicologia Cognitiva, dove la prima ha avuto più influenza nel passato, la seconda sta diventando in questi ultimi tempi più importante.

Evidenze in neuropsicologia cognitiva Obiettivo fondamentale di tale disciplina è trovare le dissociazioni,

che si verificano quando un soggetto riesce ad eseguire un certo compito, ma la sua abilità è danneggiata nel compierne un altro. Un caso emblematico è quello di KF (portatore di lesioni cerebrale), soggetto studiato da Shallice e Warrington (1970) al quale fu riscontrata una dissociazione tra la prestazione in compiti che dipendono dalla memoria a breve termine e quelli che dipendono dalla memoria a lungo termine. Questo vuol dire che nei soggetti umani esistono almeno due sistemi separati di memoria, sostenendo quanto già individuato da Atkinson e Shiffrin (1968), anche era evidente che il sistema di memoria a lungo termine non dipendesse dalle prestazioni della memoria a breve termine.

Un altro problema delle dissociazioni riguarda il fatto che un compito può essere semplice, un altro può essere complicato

Evidenze in neuropsicologia cognitiva La doppia disociazione tra due compiti risolve questo

problema. Si verifica di solito quando tra due compiti(1 e 2), il soggetto sperimentale esegue normalmente un compito 1 e ad un livello ridotto il compito 2, mentre un altro soggetto può eseguire bene il compito 2 e a livello ridotto il compito 1. Se si può dimostrare tale doppia dissociazione, allora i risultati non possono essere spiegati sostenendo che un compito è più difficile dell’altro.

Questo vuol dire che le lesioni cerebrali possono interessare più di un processo cognitivo

Assunti teorici: Modularità

1. Il sistema cognitivo presenta modularità, nel senso che vi sono diversi processo o moduli cognitivi relativamente indipendenti, ognuno dei quali funziona in un certo senso in isolamento rispetto al resto del sistema di elaborazione. Una lesione cerebrale danneggia in genere solo alcuni di questi moduli.

Assunti teorici:isomorfismo

2. Esiste una significativa relazione tra l’organizzazione del cervello fisico e quella della mente. Tale affermazione è nota come isomorfismo. Questo porta alla localizzazione delle funzioni cerebrali, in contrasto con l’approccio connessionista secondo il quale un processo (es: l’attivazione di un concetto) può essere distribuito in una vasta area del cervello. Non esistono prove per l’una o l’altra ipotesi.

3. Lo studio dei soggetti con lesioni può fornire molte informazioni sui processi cognitivi dei soggetti normali.

Assunti teorici:sindromi

4. La maggior parte dei soggetti può essere classificata in termini di sindromi, ognuna delle quali si basa sulla presenza simultanea di una serie di sintomi.

Problema delle categorie di sindromi, legate a specifici moduli cerebrali (amnesia, dislessia, afasia) e della loro variazione nel tempo. Ellis (1987) sostiene che la sindrome cha al tempo T viene attribuita al danneggiamento di un isngolo modulo unitario, deve essere frazionata nel tempo T+2 anni in una serie di sottotipi.

Problema dell’interpretazione dei dati Esiste anche il problema dello studio di pazienti omogenei (Parkin,

1996, regola della significatività che implica omogeneità o uniformità) o pazienti singoli (Ellis, 1987) che vengono studiati in base ad un’ampia gamma di compiti cognitivi.

Un compromesso consiste nel condurre studi su casi singoli e se una dissociazione fondamentale è riscontrata in un paziente, esistono differenti modi per interpretare i dati. Se la stessa dissociazione è rinvenuta in tanti pazienti è meno probabile che tutti abbiano sistemi cognitivi atipici precedentemente alla lesione cerebrale o che tutti abbiano utilizzato le stesse strategie compensative.

Modularità

La Neuropsicologia cognitiva si fonda sull’ipotesi che vi siano nel cervello numerosi moduli o elaboratori cognitivi, che funzionano in modo indipendente tanto che i danni riportati da uno dei moduli non influiscono in modo diretto sul funzionamento degli altri.

I moduli sono distinti dal punto di vista anatomico e un danno cerebrale danneggia spesso solo uno di tali moduli, lasciando intatti gli altri.

Fodor (1983)

Ritiene che i moduli abbiano le seguenti proprietà: 1. Incapsulamento informazionale, ogni modulo funziona

indipendentemente dal funzionamento di altri moduli. 2. specificità di dominio:ogni modulo può elaborare solo un tipo di

input (parole o volti) 3. Obbligatorietà di operazione, non è possibile controllare in modo

volontario il funzionamento di un singolo modulo. 4. Carattere innato, i moduli sono congeniti. Molti psicologi sono critici sul funzionamento innato dei moduli. I dati

ottenuti dalla studio di pazienti cerebrolesi possono essere usati per individuare i modulti cognitivi

Accessory structure modifies energy

Receptor transduces energy into a neural response

Sensory nervetransfers thecoded activityto the centralnervous system

Thalamusprocesses andrelays theneural response

Cerebral cortex receives input and produces the sensation and perception

1. 2.

3.

4.

5.

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