Module Cognition Naturelle « Interfaces, Cognition située et Gestions des connaissances »

1. Module Cognition Naturelle « Interfaces, Cognition située et Gestions des connaissances » Responsable : V. Lespinet-Najib

2. Organisation du module 3 UE de 20h UE - Gestion des Connaissances : V. Lespinet-Najib, H. Sauzéon & F. Tyndiuk UE – Cognition Située : H. Sauzéon & F. Tyndiuk UE – Interfaces et communication : V. Lespinet-Najib & F. Tyndiuk

3. UE - Gestion des Connaissances • Organisation des connaissances et représentations – 10h Enseignants : V. Lespinet-Najib & F. Tyndiuk - Compréhension du langage naturel – 5h - Expertise et systèmes experts – 5h Enseignants : H. Sauzéon & F. Tyndiuk

4. UE - Gestion des Connaissances

5. Plan • Introduction • I – Organisation des connaissances • - modèle en réseaux hiérarchisés • - conception prototypique • - modèle de comparaison des caractéristiques • - modèle en réseaux de diffusion de l’activation • - (modèle ACT) • II – Représentations • - image mentale • - modèle mental • représentation schématique • (représentation propositionnelle)

6. UE - Gestion des Connaissances « INTRODUCTION »

7. Introduction « La psychologie cognitive repose sur un concept central, celui de traitement de l’information. Représentations et connaissances constituent les contenus sur lesquels s’exerce l’activité mentale. Procédures logiques et processus de calcul caractérisent les traitements qui modifient les représentations et permettent la construction des connaissances. » Michel LAUNEY, 2004

8. Introduction Tous les travaux en psychologie cognitive sont articulés autour du concept de Traitement de l’information. Origine travaux théoriques de l’Intelligence Artificielle 2 orientations : Information Représentation Connaissances Objets des traitements Logique Calcul Intégration verticale et/ou horizontale Processus de traitement

9. Introduction Le concept de Représentation renvoie à la distinction classique des linguistes (travaux de SAUSSURE, 1916) entre : signifié signifiant La forme Exemple : le mot, l’image Le sens Exemple : ce que désigne le mot, l’image « Chien » « quadrupède domestique de la famille des canidés »

10. Introduction Représentation = contenus mentaux qui, au sens strict, correspondent à des états transitoires de l’information en cours de traitement. A l’issue de ce traitement, ces contenus mentaux sont conservés en mémoire, de façon permanente sous la forme de connaissances. Les connaissances ne sont donc que la forme terminale et stable des représentations.

11. UE - Gestion des Connaissances I - Organisations des Connaissances 

12. Introduction Il s’agit d’expliquer de quelles façons sont organisées nos connaissances sémantiques en mémoire à long terme. Existe-t-il différents modes d’organisation de la mémoire sémantique ?

13. I – Organisation des connaissances Réseau hiérarchisé de la mémoire sémantique Quel intérêt a-t-on d’organiser nos connaissances ? Expérience de BOWER et al. (1970) - 2 groupes de sujets : - groupe organisé : on présente 112 mots classés en 4 catégories sémantiques (minéraux, plantes, instruments, parties du corps). Chaque catégorie est présentée de façon hiérarchisée. - groupe aléatoire : les 112 mots sont présentés de façon aléatoires dans les 4 réseaux hiérarchisés

14. I – Organisation des connaissances Réseau hiérarchisé de la mémoire sémantique GROUPE ORGANISE

15. I – Organisation des connaissances Réseau hiérarchisé de la mémoire sémantique GROUPE ALEATOIRE

16. I – Organisation des connaissances Réseau hiérarchisé de la mémoire sémantique Procédure Les sujets devaient apprendre 1 réseau hiérarchique (soit 28 mots) pendant 1 minute (soit en condition organisée soit aléatoire). Puis, ils devaient rappeler l’ensemble des mots dans n’importe quel ordre. Il y a jusqu’à 4 apprentissages (phase d’étude puis rappel)

17. I – Organisation des connaissances Réseau hiérarchisé de la mémoire sémantique

18. I – Organisation des connaissances Réseau hiérarchisé de la mémoire sémantique En conclusion L’effet de l’organisation hiérarchique sémantique est très important sur les performances en mémoire. C’est pourquoi, de nombreux auteurs ont proposé une organisation de la mémoire sémantique en terme de réseau hiérarchisé. Le plus célèbre : modèle de COLLINS & QUILLIAN (1969)

19. I – Organisation des connaissances Réseau hiérarchisé de la mémoire sémantique Ces auteurs voulaient répondre à la question suivante : « Quel type d’organisation des mots en mémoire sémantique permet à l’être humain de connaître et d’utiliser les mots comme il le fait ? » QUILLIAN a mis en place un programme informatique de compréhension du langage « Teachable Language Comprehender » (ou TLC) Ce programme pouvait comparer 2 mots entre eux au niveau de leur signification en terme de similitudes et de dissemblances Ex : comparaison de « Plante » et « humain » Réponse : 1 plante n’est pas un animal / l’humain est un animal

20. I – Organisation des connaissances Réseau hiérarchisé de la mémoire sémantique • Ces auteurs ont proposé une architecture en réseau hiérarchique avec les propriétés suivantes : • -Concepts sont des noeuds • Hiérarchie des concepts : supra-catégorie / catégorie / exemplaire • Principe d’économie cognitive : seules les propriétés les plus spécifiques sont classées avec les concepts. Il n’y a pas de répétition des attributs à chaque niveau • 2 propriétés : inclusion (« est un ») et propriétés (« possède ») • le temps de traitement correspond à la distance dans le réseau

21. 1600 vérification de propriétés vérification d'inclusion 1400 1200 1000 800 0 1 2 3 I – Organisation des connaissances Réseau hiérarchisé de la mémoire sémantique Temps de Réaction moyen pour vérifier différents énoncés Temps de Réaction moyen (ms) Un serin a une peau Un serin peut voler Un serin peut chanter Un serein est un animal Un serein est un oiseau Un serein est Niveaux de propositions vraies un serein

22. - a u n e p e a u - p e u t s e m o u v o i r - m a n g e - r e s p i r e - a d e s a i l e s - p e u t v o l e r - a d e s p l u m e s - p e u t c h a n t e r - a d e l o n g u e s p a t t e s - p e u t m o r d r e - e s t j a u n e - e s t g r a n d - e s t - n e p e u t p a s v o l e r I – Organisation des connaissances Réseau hiérarchisé de la mémoire sémantique Illustration d’une structure hypothétique de la mémoire sémantique Représentant une hiérarchie à 3 niveaux SUPRA- CATEGORIE ANIMAL CATEGORIE OISEAU POISSON SAUMON AUTRUCHE CANARI EXEMPLAIRE REQUIN - e s t c o m e s t i b l e - e s t r o s e d a n g e u r e u x - r e m o n t e l e s r i v i è r e s

23. I – Organisation des connaissances Réseau hiérarchisé de la mémoire sémantique Animal « est un » « a » Oiseau Plumes « est un » « a » Rouge-gorge Gorge rouge

24. I – Organisation des connaissances Réseau hiérarchisé de la mémoire sémantique Cette conception théorique considère la catégorie sémantique comme un ensemble de traits distinctifs (ou propriétés). L’appartenance à une catégorie est définie sur le partage de ces traits Exemple canari et autruche appartiennent à la même catégorie car ils partagent les traits du concept oiseau (a des plumes, a des ailes, …)

25. I – Organisation des connaissances Réseau hiérarchisé de la mémoire sémantique • Limites du modèle • Dans ce modèle, tous les exemplaires d’une catégorie sont traités de façon équivalente • Or il a été montré (travaux de RIPS et al., 1973) : • Effet d’inversion des niveaux • On met plus de temps à vérifier l’énoncé « un cheval est un mammifère » que « un cheval est un animal » • Effet de représentativité (ou typicalité) • Certains exemplaires sont plus rapidement traités que d’autres : • « une baleine est un mammifère » temps = 1452 ms • « un cheval est un mammifère » temps = 1246 ms

26. I – Organisation des connaissances Conception prototypique • Ainsi, la notion de prototype, typicalité et de niveau de base ont été introduits (ROSCH, 1973) • Prototype : • item le plus typique d’une catégorie et utilisé pour la représenter • Indice de typicalité • Exemplaires les plus représentatifs d’une catégorie sont ceux qui ont le degré de typicalité le plus élevé. • Normes de typicalité (cet indice dépend du contexte culturel et du niveau d’expertise) • Exemplaires les plus typiques sont plus facilement traités et récupérés • Niveau de base : • tous les niveaux hiérarchiques n’ont pas la même fréquence d’utilisation

27. Propriétés + Degré de typicité - I – Organisation des connaissances Conception prototypique Ex. Catégorie « oiseau » « Poule » « Canari » « Pigeon » « Autruche »

28. I – Organisation des connaissances Conception prototypique • La conception prototypique s’articule de la façon suivante : • organisation d’une catégorie (ex: oiseau) s’effectue autour d’un ensemble de propriétés communes à tous les membres de la catégorie • le prototype (canari) correspond à l’organisateur de toute la catégorie et se trouve à l’intersection • en périphérie, se trouvent les exemplaires les moins typiques • le degré de typicalité d’un exemplaire est déterminé par sa ressemblance avec l’élément prototypique

29. I – Organisation des connaissances Conception prototypique Notion de niveau de base Les différents niveaux de catégorisation d’un item ne sont pas équivalents en terme de fréquence d’utilisation Exemple golden est plus facilement associé à pomme qu’à fruit Le niveau de base de golden est pomme (tâche de catégorisation)

30. I – Organisation des connaissances Modèle de comparaison des caractéristiques SMITH et al. (1974) en réponse aux critiques proposent un modèle de comparaison des caractéristiques. Pour ces auteurs, un sujet quand il effectue une vérification d'énoncés sémantiques, il compare chaque concept entre eux. Le concept est défini comme un ensemble de caractéristiques (propriétés), et le sujet effectue une comparaison entre ces ensembles de propriétés. Il y a deux types de caractéristiques : - caractéristiques de définition - caractéristiques secondaires

31. I – Organisation des connaissances Modèle de comparaison des caractéristiques • - caractéristiques de définition • Caractéristiques nécessaires pour être un exemplaire d’une catégorie • Exemple : Oiseau = être vivant, avoir des plumes, avoir des ailes • caractéristiques secondaires • Caractéristiques habituellement présentes parmi les exemplaires mais qui ne sont pas obligatoires • Exemple : Oiseau = capacité de voler, être d’une certaine taille

32. I – Organisation des connaissances Modèle de comparaison des caractéristiques Il s’agit d’un modèle en 2 stades : Stade 1 en 3 phases : 1- récupération des listes de caractéristiques (définition et secondaire) pour les 2 concepts (ex : oiseau et moineau) 2- comparaison des 2 listes 3- on obtient un indice X de similarité globale entre ces 2 concepts, on compare cet indice X par rapport à un critère "c" (seuil) déterminé par le sujet lui-même. Il y aura 2 seuils pour ce critère : c0 = seuil en deçà duquel la réponse est négative c1 = seuil au delà duquel la réponse est positive

33. I – Organisation des connaissances Modèle de comparaison des caractéristiques « Rouge-gorge » « Oiseau » Objet physique Vivant Plumes Mobiles Avec plumes Gorge rouge … … … Objet physique Vivant Plumes Mobiles Avec plumes … … …

34. I – Organisation des connaissances Modèle de comparaison des caractéristiques Ce critère (seuil) est très personnel, donc il y a une très grande variabilité individuelle. Le temps de réaction sera très rapide pour 2 concepts où : X > c1 ou X < c0. (on ne passe pas par la phase 2) Par contre si X est intermédiaire, le sujet doit effectuer une analyse beaucoup plus approfondie, c'est le stade 2. Phase 2 La comparaison s'effectuera par rapport aux propriétés les plus essentielles (caractéristiques de définition)

35. Présentation d’un énoncé STADE 1 Comparaison des caractéristiques des deux termes « un canari est un oiseau » « un crayon est un oiseau » X < c0 c0 < X < c1 X > c1 STADE 2 Comparaison des caractéristiques de définition « une chauve-souris est un oiseau » « une autruche est un oiseau » Non appariement Appariement Réponse négative Réponse positive

36. I – Organisation des connaissances Modèle de comparaison des caractéristiques • Intérêts • effet de typicalité • effet taille de la catégorie (petite catégorie plus vite traitée, moins de caractéristiques) (Chien vs. Animal) • Limites • Distinction entre caractéristiques de définition et secondaires difficiles pour certaines catégories (ex : fruits) • Les classifications de nécessitent pas toujours un calcul de similarité, on peut avoir stocké le lien direct entre les 2 concepts sans forcément les comparer

37. I – Organisation des connaissances Modèle non hiérarchique : diffusion de l’activation En 1975, COLLINS et LOFTUS modifient leur modèle en 1 modèle non hiérarchisé. Ce modèle met l'accent sur le processus par lequel 2 concepts sont mis en relation. Les concepts sont toujours représentés par des noeuds. Ces noeuds sont reliés les aux autres par des links (liens). Lorsque qu'en entrée on donne un concept à un sujet, celui-ci est activé et cette activation se distribue à travers le réseau.

38. I – Organisation des connaissances Modèle non hiérarchique : diffusion de l’activation • Au sein de ce réseau, on retrouve 2 types de liens : • de propriétés : cerise - rouge • d’inclusion : roses - fleurs • Les relations de type associatif ont été rajoutées : pompier - feu • La diffusion d’activation s’effectue de façon automatique et en qql ms • L’expérience permet de faire modifier ces relations voire de rajouter de nouvelles associations.

39. véhicule rue autobus automobile camion ambulance camion de maison pompier feu orange rouge jaune pomme vert poire cerise roses violettes fleurs Illustration du modèle de distribution d'activation (Collins et Loftus, 1975)

40. I – Organisation des connaissances Modèle non hiérarchique : diffusion de l’activation • La longueur des arcs (ou links) rend compte de la force d’association entre deux concepts • Exemple : • Rouge – feu : association forte • Rouge – cerise : association moins forte • Cette distance est pondérée par : typicité des items, fréquence d’utilisation, … • La propagation de l’activation diminue en fonction de la distance

41. I – Organisation des connaissances Modèle non hiérarchique : diffusion de l’activation Propriété de ce modèle : priming sémantique 1 expérience deKATO (1985) on présente au sujet une liste de 48 paires de mots (sans sémantique), le sujet a pour consigne de mémoriser les mots de chaque paire. ex de paires : - infirmière / dollar - rivière / pomme Puis, les sujets sont divisés en 2 groupes au moment du rappel (phase de récupération).

42. I – Organisation des connaissances Modèle non hiérarchique : diffusion de l’activation Pour chaque groupe (1 et 2) on présente la moitié des paires avec un indice seul (ex : infirmière) et l'autre moitié des mots avec l'indice plus 3 lettres (infirmière / do.....r) La différence entre les groupes : - groupe 1 : les 3 lettres associés peuvent faire penser à un mot sémantiquement très proche du mot cible (do....r = docteur) - groupe 2 : les 3 lettres ne peuvent pas faire penser à un mot sémantiquement très proche du mot cible (po....e pour pomme)

43. 100 80 60 40 20 0 aucune trois I – Organisation des connaissances Modèle non hiérarchique : diffusion de l’activation Non associé sémantiquement Associé sémantiquement % de réponses correctes Les 3 lettres ne les aident pas, beaucoup d’erreurs Ils disent par exemple docteur et pas dollar nombre de lettre fournies

44. I – Organisation des connaissances Modèle non hiérarchique : diffusion de l’activation Paradigme de DEESE, ROEDIGER et McDERMOTT (1995) Ce phénomène permet d’expliquer le phénomène d’illusion de mémoire ou fausse reconnaissance ruche bourdon soleil essaim guêpe ours Abeille Diffusion de l’activation

45. I – Organisation des connaissances Modèle ACT Les différents modèles portent sur l’organisation de la mémoire sémantique en terme de classification de concepts. ANDERSON (1976) propose un modèle ACT s’adaptant à une grande variabilité de tâches cognitives. Ce modèle repose sur les bases du modèle de la diffusion de l’activation : « connaissances sont stockées dans un réseau sémantique en différents nœuds interconnectés et l’activation peut se diffuser à travers le réseau à partir des nœuds activés vers de nouveaux nœuds et d’autres chemins »

46. I – Organisation des connaissances Modèle ACT Protocole 26 phrases sont proposées aux sujets, ils doivent les étudier. Certains concepts sont présentés plusieurs fois (ex : hippie 3 fois) d’autres une seule fois (ex : cave 1 fois). Puis dans la phase test : on présente des phrases vraies et fausses Les sujets doivent répondrent VRAI ou FAUX On mesure la vitesse de réponse

47. I – Organisation des connaissances Modèle ACT

48. I – Organisation des connaissances Modèle ACT capitaine pompier église parc hippie Effet fan L’augmentation du nombre de liens (ou arcs) accroît le temps de recherche d’un chemin unissant deux concept parce que l’activation est divisée banque Jeune fille « Un hippie est dans le parc » plus long en temps que « une jeune fille dans la banque »

49. UE - Gestion des Connaissances II - Représentations

50. II – Représentations Introduction