Perspectiva de la Psicología, sobre la Cognición

1. Perspectiva de la Psicología, sobre la Cognición Ana Lilia Laureano-Cruces UAM-A

2. La palabra cognición • Se refiere generalmente a las actividades mentales que tratan con el manejo de información abstracta: • Que proviene del mundo real • Que es almacenada en la memoria y • La forma en que es utilizada (recall) • Lo anterior también esta relacionado con la percepción que incluye: • La construcción del conocimiento en el nivel alto a partir de • Los perceptores de bajo nivel.

3. Esta ciencia esclarece los modelos de cognición con el fin de representar diferentes tipos de información sensorial y su integración en la memoria para comprender y razonar con el contexto del ‘mundo real’.

4. Perspectiva Cognitiva del Reconocimiento de Patrones • El proceso de reconocer un patrón se refiere a un complejo arreglo de estímulos, como puede ser: un caractér, una imagen facial o una firma. • Existen diferentes técnicas para lograrlo. • Emparejamiento de moldes • Prototipos para emparejamientos • Aspectos básicos para el emparejamiento de patrones

5. Emparejamiento de Moldes • Es una parte de un todo que pertenece a un patrón que las personas guardan en la memoria, con el objeto de ejecutar subsecuentes emparejamientos. • Por ejemplo la imagen de un rostro puede ser particionada en moldes como un rompecabezas y después emparejar cada bloque con la imagen guardada en el patrón (memoria). Ambos deben ser del mismo tamaño. • Esta técnica es útil en contextos donde los patrones no cambian con el tiempo.

6. Restricciones de esta técnica • En el tamaño y el tipo: • Molde vs. Objeto a reconocer: no es aplicable a dominios donde el espacio de búsqueda no cuente con el mismo tamaño y tipo de font. • Restricciones de rotación de las imágenes: cuado los objetos están rotados no se puede aplicar esta técnica.

7. Prototipos para emparejamiento • Esta técnica es con base en abstracciones de los objetos (idealizaciones) • Por ejemplo el prototipo de la letra A • AAAAA • Esta teoría trabaja bien con imágenes también. • Si alguien tiene que reconocer a su amigo entre muchos, se trata de emparejar el prototipo de la imagen y la estructura guardada en memoria con las imágenes visuales de los individuos. El prototipo en este caso es una imagen de la cara.

8. Las principal característica del método se basa en la extracción de aspectos básicos del objeto y son comparados con aspectos similares provenientes de los sensores. • Como ejemplo cuales son los aspectos básicos de la letra H: las líneas paralelas, la línea de en medio. • En el caso de los rostros: la distancia de los ojos, de la nariz a los ojos,

9. Aspectos computacionales • El mérito principal en este campo se lo debemos a David Marr pionero en este campo con el concepto de reconocer objetos en 3 dimensiones. • El propone determinar los ángulos de los objetos y construir modelos de 2 y medio

10. Aspectos básicos para el emparejamiento de patrones • El punto focal de esta técnica consiste en ser capaces de extraer un conjunto de características básicas y representarlas en el algoritmo de reconocimiento. • Como ejemplo que tal que queremos reconecer la ‘H’, a partir de una lista de cacatéres. ‘ A, H, F, K L’ • Podríamos pensar en: • Tiene líneas paralelas • Una línea que intersecta las líneas paralelas en el medio.

11. Aspecto Computacional • Existe muchas técnicas para lidiar con el reconocimiento de patrones, un pionero fue David Marr que ideo una forma para reconocer imágenes de tres dimensiones: • Comenzó delimitando los limites de objetos y construyendo modelos de 2 y media dimensiones. • Estos conllevan mas información que un modelo de 2, pero menos que uno de 3.

12. Por otro lado los computólogos están a favor de redes nuronales para reconocer figuras de 3 dimensiones, a partir de sus carácterísticas espaciales. • Un número considerable de algoritmos de entrenamiento han sido utilizados con este propósito en las últimas dos décadas. • El más popular es ‘back propagation’ Rumelhart. • Un punto interesante es que esta visión esta relacionada con su investigación sobre parallel distributed processing (PDP)

13. Modelos Cognitivos de la Memoria • La información proveniente de los sensores (sentidos) es almacenada en la memoria de corta duración (Short Term Memory = STM). • Existen celdas en la memoria de los humanos que permiten guardarla un poco más de tiempo (del orden de años), esta se le llama memoria de larga duración (Long Term Memory). • LTM tiene dos tipos de memoria llamadas: • Icónica: almacena información visual. • Ecoica: almacena información auditva. • Estos dos tipos de memoria son llamadas usualmente memoria de los sentidos.

14. Tulving de forma alternativa clasificó la memoria en tres clases: • Episódica: guarda hechos • Semántica: construye procedimiento de forma estructrural • Procedural: ayuda en la toma de decisiones para lograr acciones • Este modelo también esta relacionado con PDP.

15. A continuación 3 tipos de memoria cognitiva • Sin tomar en consideración el tipo ni la variedad de memoria: • Modelo de Atkinson-Shiffrin • Modelo de Tulving • Modelo PDP

16. Modelo de Atkinson-Shiffrin • Consiste de una estructura de 3 capas de memoria. • Información de señales (sensores = sentidos): Escenas • Sonidos • Textura • Olor • Son recibidas y almacenadas de forma temporal (memoria) en los registros de cada uno de ellos • Estos registros almacenan información con gran fidelidad además de tener gran capacidad.

17. De acuerdo al tipo de información esta es almacenada en registros separados de acuerdo a su clasificación: • Los eventos visuales en los registros icónicos • Los eventos referentes a sonidos en los registros ecoicos. • Estos registros dejan la información muy rápidamente, para que nueva sea procesada. • Y cuando la abandonan pasan a la memoria STM.

18. La memoria STM, es frágil pero, menos volatil que los registros de los sentidos. • La memoria STM guarda información hasta 30 segundos, mientras que los registros tan solo son fracciones de segundo. • Parte de esta información es copiada en la memoria LTM. • Esta última tiene gran capacidad y puede ser guarda por años.

19. Proveniente de los sentidos otras ecoica icónica decae STM o memoria activa decae LTM o memoria activa decae Modelo cognitivo jerárquico de estructura de 3 niveles

20. La memoria STM, tiene un tiempo de acceso más rápido que la meoria LTM. • Cuando se trata de hacer inferencias útiles, se copia información de LTM  STM, por esta situación esta memoria también es llamada memoria activa.

21. La memoria cognitiva de Atkinson-Shiffrin vs. Memoria de las computadoras • STM es similar con la memoria cache. • LTM, es comparada con la RAM. • El sistema de razonamiento en el humano es análogo con el CPU. • El sistema de razonamiento recibe información de la STM, así como el CPU de la memoria cache, cuando las palabras están disponibles, caso contrario, son transportadas desde la memoria principal a la cache y al CPU Atkinson-Shiffrin. • Análogamente cuando no esta la información en la STM, esta es trasladada desde la LTM y de aquí al sistema de razonamiento.

22. Debate sobre el modelo Atkinson-Shiffrin • Algunos investigadores no están de auerdo con la existencia separada de las unidades de LTM y STM. • Aunque desde la neuro-psicología existe la evidencia de estas dos unidades de forma separada. • Experimentos sobre el cerebro humano nos hacen la siguiente pregunta: ¿ existe una entrada directa desde los registros de los sentidos a las LTM ?

23. Existen experimentos que demuestran que si existe esta entrada • Exp_1-Con el fin de curar una eplilepsia se le extrae una porción del lóbulo temporal y la región del hipocampo. La operación resulta exitosa en cuanto a la cura de la enfermedad pero: • Era capaz de recordar lo que había sucedido antes de la operación • No era capaz de retener nueva información, aún cuando se encontró que su STM estaba bien.

24. Exp_2- El lado izquierdo del cerebro de una persona fue dañado en un accidente de moto. Se detecto que la LTM estaba normal, pero la STM fue severamente dañada.

25. Conclusiones • En el caso del Exp_1 indica que la liga de comunicación desde la STM a la LTM ha sido dañado. • En el caso del Exp_2 Se llega a la pregunta como le hace la persona para hacer llegar información a la LTM cuando su STM ha sido dañada. • Y así se ofrece el modelo de de Tveter…

26. Modelo cognitivo de Tveter • El ofrece una estructura alternativa jerárquica. • En este caso la información de los sentidos entra de forma directa a la LTM y puede ser pasada a la STM. • Asi la STM tiene dos salidas que llevan a la LTM. • Una salida desde la STM ayuda a tomar decisiones • Mientras que la otra es dedicada al almacenamiento de larga duración de la LTM

27. STM Desde la LTM STM Entrada directa desde los registros/memoria Entrada para la toma de decisiones Modelo cognitivo de Tveter

28. Modelo Cognitivo de Tulving • En este caso se expande el significado de la información abstracta y significativa que proviene del entorno a través de una memoria cognitiva y su uso en la resolución de problemas. • El modelo cognitivo comprende 3 distintas unidades llamadas memorias: • Episódicas • Semánticas • procedurales

29. La memoria episódica, alacena información con respecto a los eventos que suceden y sus relaciones. • La memoria semántica, representa el conocimiento y no cambia con mucha frecuencia. • La memoria procedimental almacena procedimientos para la ejecución de tareas.

30. Hechos provenientes del entorno Memoria episódica Hecho: el cielo esta nublado Memoria semántica Los caminos estarán lodosos El cielo esta nublado lloverá Memoria procedimental Precondición Acción Si los caminos están lodosos límpialos con cepillo

31. El modelo de Tulving crea un puente entre el modelo de Atkinson-Shiffrin y los aspectos modernos de la representación del conocimiento. • Por ejemplo la memoria episódica contiene solo hechos como los datos de las cláusulas de Prolog. • La memoria semántica, es similar a las redes semánticas utilizadas para estructurar el razonamiento y el conocimiento. • La memoria procedimental puede ser comparada con los marcos, que proporcionan métodos para resolver los problemas.

32. Procesamiento paralelo distribuido (PPD) • La llegada del procesamiento paralelo distribuido (PDP), por los investigadores Rumelhart, McClelland y sus asociados abren una nueva frontera en el aprendizaje maquinal. A diferencia de los otros modelos de memoria cognitivos, el acercamiento PDP descansa sobre las características del comportamiento de una sola neurona celular.

33. Los partidarios del PDP, consideran que el sistema cognitivo es una estructura organizada de nueronas, las cuales juntas conforman una red nuronal. Tal red tiene una tiene una inmensa capacidad de aprendizaje y de almacenamiento de información y conocimiento para su uso subsecuente.

34. Esta corriente puede explicar el comportamiento de la memoria cognitiva, pero no puede explicar las perspectivas psicológicas de la cognición. Por ejemplo no puede hacer una diferencia entre la LTM y la STM, aunque evidencias experimentales soporten su co-existencia.

35. Aprendizaje supervisado • Aún con lo anterior esta corriente tiene un significado especial en la simulación de la cognición en las máquinas. Las características fundamentales de esta corriente son:  Es un trabajo pionero en cognición al ver la memoria biológica como una colección distribuida de únicas neuronas celulares que pueden ser entrenadas de forma paralela cada vez.  Demuestra la posible realización de cognición en máquinas.  Para entradas similares de patrones la red neuronal puede tener respuestas similares. Mientras que para entradas de patrones con suficientes diferencias, las respuestas son suficientemente diferentes. • Esta es una observación significativa que nos lleva a una nueva clase de reconocimiento de patrones por aprendizaje supervisado. En esta clase de aprendizaje existe un entrenamiento que proporciona la salida deseada para un conjunto dado de patrones de entrada.

36. El PDP, satisface el direccionamiento del contenido de la memoria (content adressable memory), más que el direccionamiento de la memoria. • En computadoras convencionales se localiza la información utilizando acceso aleatorio donde encontramos el contenido, una vez que la dirección es localizada. Pero en el cerebro biológico los humanos algunas veces recuerdan parte de una información y a partir de esta se trae el TODO, después de un rato. Traer toda la información a partir de una parte, se hace usualmente por satisfacción del contenido de la memoria (content adressable memory).

37. Imaginación Mental • ¿Cómo es que las personas recuerdan las escenas? • Puede ser que estén representadas en forma de imágenes en el cerebro. • A la representación de escenas informalmente se le conoce como imaginación mental en ciencias cognitivas. • Por otro lado se encuentran los mapas cognitivos que denotan relaciones espaciales entre objetos. Por ejemplo las personas se hacen una idea de las distancias entre dos puntos con base en sus mapas cognitivos.

38. Los mapas cognitivos en IA tienen un significado más general que en psicología. Son redes capaces de: adquirir, aprender, codificar y decodificar información/conocimiento.

39. Representación mental para la imaginación • Los psicólogos tienen décadas de controversia sobre como es que las personas representamos los objetos. Existen dos escuelas: • Una: considera que los objetos se almacenan en la memoria como patrones, similares prototipos son almacenados. • Otra: considera que las imágenes se almacenan como símbolos de códigos lógicos.

40. En IA, los símbolos lógicos son utilizados para representar conocimiento: espacial, temporal y relacionar datos. • Son inadecuados para describir perfiles complejos en la imaginación (objetos o animales). • A lo mejor recordamos perfiles de animales y objetos sin necesidad de decodificación.

41. Imaginación Mental y rotación • Los psicólogos son partidarios de que los seres humanos son capaces de rotar en la imaginación los objetos sobre un eje particular, igual que los rotamos físicamente. • Supongamos el siguiente carácter: • A A

42. Con base en las evidencias se observa lo siguiente: • Entre más complejo sea el perfil, más tiempo es requerido para la identificación. • A mayor ángulo de rotación, mayor tiempo requerido para identificar. • Si las figuras no son idénticas pero si parecidas, se requieren grandes cantidades de tiempo para saber en que no son idénticas. • Figuras familiares se pueden rotar más rápidamente que las no familiares. • Con la práctica uno puede reducir los tiempos.

43. Imaginación y tamaño • Stephen Kosslyn, fue el pionero en investigar sobre la capacidad del juicio de las personas con respecto al tamaño de las imágenes. • En este caso el juicio de las personas es más rápido en imágenes grandes que en imágenes pequeñas.

44. Imaginación y tamaño • En este caso cada persona cuenta con sus propios juicios relativos sobre el tamaño de las imágenes. Un elefante es más grande que un conejo y un conejo es más grande que una mosca. • La gente requiere más tiempo para crear mentalmente una imagen grande que una imagen pequeña.

45. Información adicional de otros investigadores • Robert Moyer, establece la correspondencia entre el tamaño relativo de objetos y el tamaño relativo de objetos en la imaginación. • En experimentos la personas tardan en determinar cual de dos líneas rectas casi iguales es más larga. • Así que concluye que el tiempo de reacción para identificar de forma mental dos imágenes casi iguales en tamaño es grande.

46. Peterson, descubrió que las personas tardan mas tiempo en comparar dos imágenes cuando son muy diferentes y requieren menos tiempo cuando son similares.

47. Imaginación y contorno • Paivio fue un investigador pionero en esta área. • Cómo pueden las personas comparar dos contornos similares. • Se observan los límites y se comparan los aspectos más cercanos. • En todo caso se requiere más tiempo al comparar dos perfiles similares que dos diferentes.

48. Imaginación y controno • Sus experimentos consistieron en: imaginar las manecillas del reloj en diferentes posiciones. • En el caso en que las dos imágenes tuvieran un ángulo similar, las personas tardaban más al tratar de ubicar la manecilla más larga.

49. Imaginación en las relaciones de parte-todo • Reed estaba interesado en comprender, cómo las personas eran capaces de determinar una parte de un todo. • Ejemplo suponga que una persona ha guardado en memoria la imagen de la cara de su amigo. • Si se le mostrara una parte, ¿sería capaz de identificar a su amigo? • La respuesta en muchos casos fue SI.

50. También trabajó configuras geométricas. • Por ejemplo mostraba la estrella de David y un paralelogramo y pedía lo memorizaran. • Después preguntaba si existía alguna relación. • Solo contestaba bien el 14%. • Concluyó que es difícil, pero que la práctica lo hace fácil.