La Psicologia cognitiva

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.
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Radici storiche della Psicologia
Cognitiva
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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?
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
Diagramma di flusso sulla comprensione di una frase
Processo di codifica
La frase è
troppo lunga?
Dividi la frase
La frase è
ambigua?
Conserva memoria a
lungo termine
Trova significati
diversi
Linguaggi di programmazione
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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
Matita
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.
1
5
Gatto
Cane
3
Pesce
Sistemi di produzione
Input
Memoria di
lavoro
Esegui la parte
ALLORA della
regola che
combacia
Base delle regole
di produzione
Se la fine della lista
è A, allora AAB
AA
Esegui il confronto
con le parti SE
delle regole
Se la fine della lista
è A, allora BA
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.
Rete connessionista
Pattern in uscita
Unità di
rappresentazione
interna
Pattern in ingresso
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 autoprogrammarsi) 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

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
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.

-1
-0.5
-1
-0.5
0
+1
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.
Unità -i
Net-input to unit –i =
0.75
a w
j
j
= (-1x-0.5)+(-1x-0.5)+(+1x-0)+(+1x0.75)
=0.5 + 0.5 +0 + 0.75
=1.75
+1
+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
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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
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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
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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

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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

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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
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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

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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)
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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
5. Cerebral cortex
receives input
and produces
the sensation
and perception
4. Thalamus
processes and
relays the
neural response
Energy contains
information
about the world
1. Accessory
structure
modifies energy
3. Sensory nerve
transfers the
coded activity
to the central
nervous system
2. Receptor
transduces
energy into a
neural response