Le immagini mentali nella scienza cognitiva classica Corso di Scienze Cognitive a.a.2011/12 Prof. Iachini

Immagini mentali “Debole sensazione” che si attiva nella mente in assenza dei corrispondenti stimoli sensoriale grazie alla memoria Holt, 1964 Capacità di imitare lo stato di attivazione che si verifica quando percepiamo un evento * Rappresentazione dell’informazione basata su simboli Scienza cognitiva classica * Meccanismo di simulazione per guidare l’azione Nuova scienza cognitiva

Come sono rappresentate le informazioni nella mente? Cuore della scienza cognitiva dibattito sulle immagini mentali Concezione classica cognizione come manipolazione computazionale di rappresentazioni espresse in linguaggio simbolico (es. Mentalese di Fodor, 1975)

Controversia analogico-proposizionale Come viene rappresentata l’informazione nella mente? Codice unico  interlingua, simbolico Codice duplice  proposizionale e analogico

La teoria classica Teoria classica della rappresentazione di Palmer (1978): codice arbitrario che combina dei simboli discreti in modo da rappresentare certi stati del mondo dualismo: tra percezione e cognizione, tra azione e cognizione, tra corpo e mente dati provenienti dai recettori sensoriali  materiale grezzo  tradotto in simboli amodali, astratti  i processi cognitivi trattano i simboli

Qual è la natura delle immagini mentali? Controversia: quali tipi di simboli catturano meglio le proprietà delle immagini mentali (IM) Non si nega esistenza di IM ma: - hanno caratteristiche funzionali e strutturali specifiche (codice analogico) sono l’epifenomeno di altri processi (codice proposizionale)

I due codici Codice analogico: basato sul punto simil percettivo associato per somiglianza Codice proposizionale: basato sulla proposizione astratto associato per convenzione

Un esempio proposizionale “Il libro è sul tavolo” Rappresentazione linguistico-proposizionale (libro, tavolo) sopra 1. simboli discreti 2. simbolo separato per la relazione 3. regole grammaticale di combinazione di simboli 4. astratta 5. nessun mezzo spaziale

Un esempio analogico “Il libro è sul tavolo” Rappresentazione analogico-figurale 1. nessun simbolo discreto 2. nessun simbolo separato per la relazione 3. no regole di combinazione 4. concreta 5. è necessario un mezzo spaziale Da Giusberti, 1995

La concezione analogica Immagini mentali: rappresentazione simile alla percezione in assenza di stimolazione sensoriale Le informazioni non verbali in modo analogico Le informazioni verbali in modo proposizionale   (Kosslyn, 1980; 1983; Paivio, 1971; 1986) Rappresentazione analogica  figurale, simil-percettiva, ha proprietà metriche, è simile a ciò che rappresenta Significato somiglianza Doppio codice

La concezione proposizionale Sia le informazioni verbali che non verbali sono rappresentate in un codice astratto, proposizionale (Anderson, 1983; Pylyshyn, 1973; 1980; 1081) Codice unico “interlingua” che fa da supporto sia a immagini che parole Significato convenzione

Immagini e percezione Analogicisti: dimostrare l’analogia tra immagini mentali e percetti prova che codice immaginativo ha caratteristiche specifiche, che è diverso dal codice proposizionale Dimostrazione sperimentale: manipolare un’immagine mentale produce effetti simili alla manipolazione di un’immagine o oggetto concreti Rotazione mentale e mental scanning

Somiglianza immagini mentali - percezione Dati comportamentali Esplorazione mentale: il TR aumenta all’aumentare della superficie esplorata Rotazione mentale: il TR aumenta all’aumentare della rotazione effettuata Manipolare una IM  come se fosse un oggetto percepito Le IM conservano le caratteristiche metriche di ciò che rappresentano

Le critiche proposizionaliste Proposizionalisti (Pylyshyn 1973; 1980; 1981; 1984) I risultati degli esperimenti non dimostrano equivalenza IM-percezione: -i soggetti simulano ciò che accadrebbe se realmente vedessero -influenza di bias sperimentali e aspettative dello sperimentatore -conoscenza tacita (leggi fisiche spazio/tempo) -penetrabilità cognitiva: la modificabilità del processo in base a credenze, opinioni ecc.

Le conseguenze teoriche - Le rappresentazioni sottostanti le IM non sono simili a figure (picture-like) ma piuttosto una descrizione astratta e proposizionale formato unico  codice interlingua Prova della non appartenenza all’architettura cognitiva: penetrabilità la modificabilità del processo in base a credenze, opinioni ecc. Dunque IM come epifenomeni

La replica degli analogicisti       Risultati robusti anche contrari a credenze tacite Risultati non modificati da credenze e aspettative Es. lavori sulla metaimmaginazione Denis e Carfantan (1985; 1986; 1990) Es. “se ti chiedo di ispezionare un’immagine mentale, il tempo necessario è proporzionale alla distanza esplorata” soggetti: non predicono i risultati sperimentali confuta argomento conoscenze tacite        

La questione metodologica I risultati possono essere risultato di un bias procedurale (e.g. Mitchell & Richman, 1980) Es. nei compiti di mental scanning soggetti capiscono che sperimentatore si aspetta relazione spazio/tempo MA: Jolicoeur e Kosslyn (1985): aspettativa sperimentatori relazione a U spazio/tempo Risultati linearità

Le conseguenze teoriche Le IM sono una forma di rappresentazione non proposizionale, simile a figure (Kosslyn 1980; 1983; Shepard, 1975; Shepard & Cooper, 1982) Le IM appartengono all’architettura cognitiva specificità strutturale (rappresentazione) e funzionale (elaborazione)

Il doppio codice di Paivio 2 sistemi di codifica indipendenti: verbale e non verbale, ciascuno con un codice peculiare Paivio (1971, 1986)   Logogens = unità di cui è composto il sistema verbale informazioni di cui ci serviamo quando usiamo le parole operano in modo sequenziale: es. parole di una frase   Imagens = informazioni di cui è composto il sistema non verbale oggetti naturali, operano in modo sincronico, possono generare immagini mentali associate

Il modello di Paivio Stimoli verbali Stimoli non verbali Stimoli sensoriali Sistema verbale Sistema non verbale logogens imagens Connessioni referenziali Risposte verbali Risposte non verbali

Le connessioni tra i 2 codici Informazione in entrata: verbale o non verbale  sistema sensoriale  rappresentata nel sistema verbale o non verbale Connessioni referenziali tra i due sistemi: es. tavolo: formazione dell’immagine e poi descrizione valore d’immagine = facilità con la quale qualcosa induce un’immagine mentale Es. mela vs astoricità

Le prove sperimentali Paivio (1965): apprendimento di coppie associate coppie con 2 termini concreti, 2 astratti, primo concreto e secondo astratto e vs. Compito: dato il primo termine devono ricordare il secondo Risultati: apprendimento migliore quando entrambe concrete, peggiore quando entrambe astratte; migliore se primo termine concreto anziché astratto Spiegazione: parola astratta: codificata solo tramite il sistema verbale; concreta: con entrambi

Immagini e percezione Dimostrazione dell’analogia tra immagini mentali e percetti prova che codice immaginativo ha caratteristiche specifiche, che è diverso dal codice proposizionale Dimostrazione sperimentale: manipolare un’immagine mentale produce effetti simili alla manipolazione di un’immagine o oggetto concreti Rotazione mentale e mental scanning

Rotazione mentale Shepard e Metzler (1971): coppie di disegni di oggetti che differivano per rotazione angolare (da 0° a 180°, intervalli di 20°) Compito: sono uguali o diversi? Risultati: tempi di reazione aumentano al crescere della rotazione mentale necessaria per allineare gli oggetti Corrispondenza puntuale tra gli stadi di cambiamento di posizione dell’oggetto fisico e immaginato isomorfismo di II ordine immagini-oggetti reali Quindi: -rotazione funzione specifica di IM -funzione simil-percettiva

Mental scanning Kosslyn (1973; 1978): paradigma del mental scanning (esplorazione mentale) 1973: esplorazione di parti di un oggetto Risultati: TR aumenta a aumentare di distanza esplorata Critica: confusione tra distanza e parti interpolate

La mappa dell’isola Mental scanning= modo per valutare le proprietà metriche di mappe spaziali mentali Memorizzazione della mappa di un’isola con 7 luoghi (palma, albero ecc.) a distanze diverse, senz aoggetti interpolati. Compito: formarsi un’immagine della mappa ed esplorarla immaginando di andare da un punto all’altro Risultati: il tempo necessario per effettuare la scansione mentale tra 2 oggetti aumenta in modo lineare all’aumentare della distanza tra questi oggetti

Studi sulle immagini uditive Halpern (1988): studio di canzoni con la stessa metodologia Ipotesi: le immagini uditive si estendono nel tempo come quelle visive nello spazio Immaginare una parola all’inizio, poi immaginare di cantare la canzone fino ad un’altra parola: i tempi di reazione aumentano con l’aumentare del numero di battute tra le parole considerate  

Compito: mental scanning Nello spazio 3-D Pinker e Finke (80): 4 animali giocattoli appesi a dei fili in un cilindro di plastica. Compito: mental scanning Risultati: effetto della distanza vale anche per immagini tridimensionali

Critiche al mental scanning Pylyshyn (1981): attribuzione delle proprietà metriche dell’immaginato all’IM IM non HA distanza e velocità IM rappresenta distanza e velocità T = f (d1, v1) Tempo: risultato delle operazioni sulle rappresentazioni NO Alternativa: conoscenza tacita leggi fisiche

Risultati confermati in diverse condizioni e setting sperimentali La risposta di Kosslyn I risultati del mental scanning derivano dalle proprietà metriche specifiche del “mezzo” mentale in cui si attivano le IM Risultati confermati in diverse condizioni e setting sperimentali

L’effetto MENTAL SCANNING: Il tempo per esplorare immagini mentali è linearmente relato alle distanze esplorate Le immagini mentali incorporano le proprietà metriche di ciò che rappresentano: le distanze relative tra gli oggetti somiglianza di rappresentazioni spaziali basate su diverse modalità sensoriali : Percezione visiva (Kosslyn, Ball & Reiser, 1978) Descrizioni verbali (Denis & Cocude, 1989; 1992; 1997) Esplorazione tattile (Kerr, 1983; Röder & Rösler, 1998) Locomozione (Iachini, Ruggiero, Gnisci, 2006) (Iachini & Giusberti, 2004)

Quali proprietà metriche? Mental scanning  le IM incorporano le proprietà metriche di ciò che rappresentano Quali proprietà metriche? Sole le distanze relative (proporzionali)? precedenti esperimenti -anche le distanze assolute (grandezza assoluta)? Nostro esperimento: confronto tra mappe di diversa grandezza assoluta

Percorsi di 2 grandezze diverse .50, 1.5 .75, 2.25 2.53, 7.76 3.8, 11.39 1.69, 5.07 1.125, 3.75 Setting: distanza senza punti interpolati Fase di apprendimento: osserva e cammina lungo il perimetro per 5 volte Fase di test: soggetti bendati e istruiti a “immaginare di andare” da una 1° a una 2° posizione Misura: tempo di scanning Percorsi di 2 grandezze diverse

Risultati Effetto grandezza relativa (linearità distanza/tempo) Effetto grandezza assoluta (grande > piccolo)

Il “meccanismo” condiviso IM-PERC Farah (1985; 1989) -individuare un meccanismo condiviso per IM e perc -dimostrare che si pone a livello del mezzo analogico In che modo: le IM interferiscono, anticipano i percetti Logica: se c’è interferenza DEVE avvenire in un luogo comune  

Immagini come anticipazioni Podgorny e Shepard (1978) Immaginare una lettera sovrapposta ad un reticolo presentato o presentazione di una lettera Compito: decidere se un punto era in una cella coperta dall’immagine mentale della lettera F Compito eseguito accuratamente sia con lettere immaginate sia effettivamente presenti

Le ricerche di Farah Farah (1989): le immagini mentali possono servire da anticipazioni Stesso compito del precedente, ma asterisco presentato per breve tempo Compito: decidere se l’asterisco è stato presentato o no Asterisco rilevato più spesso nell’area della cella coperta dalla lettera immaginata La presenza di un’immagine mentale rende i soggetti meglio preparati a identificare la presenza di uno stimolo

IM e figure ambigue Se IM simili alla percezione, allora le IM delle figure ambigue dovrebbero avere interpretazioni alternative Chambers e Reisberg (1985): ai soggetti viene spiegato cosa sono le figure ambigue -figura ambigua anatra/coniglio: richiesta di formare un’immagine mentale -Richiesta di invertire la figura anatra/coniglio: non sono in grado ma la sanno disegnare accuratamente

Emergono nuove proprietà? Le IM non sono ambigue ma hanno un’unica interpretazione  differenza dai percetti (v. Pylyshyn) Critica di Finke, Pinker e Farah (1989): richiesta di generare un’immagine passando attraverso studi intermedi Risultato: immagine che riescono a identificare Durante la costruzione di un’immagine emergono delle proprietà, le proprietà emergenti (Pinker e Finke, 1980)

Creatività?

Cosa sappiamo Le IM sono: rappresentazioni figurali-analogiche -conservano proprietà metriche -strutture in MBT -consapevoli -controllo volontario Come si formano? Quali funzioni esercitano?

Il modello di Kosslyn Kosslyn e Schwartz (1977), Kosslyn (1980; 1983): modello basato su analogia con programmi grafici Informazione conservata in formato digitale in MLT ma dispiegata a mappa su uno schermo formato da pixel IM derivano da informazione conservata in MLT, attivata in visual buffer Visual buffer struttura della MBT analoga a schermo, basata su punti “funziona” come uno spazio fisico Immagine “mappa” che specifica una configurazione di punti nello spazio

Lo schermo a= posizione b= assi cartesiani c= distanza b a c

La struttura delle immagini Due componenti: Rappresentazione di superficie Rappresentazione profonda Rappresentazione di superficie: immagine “quasi-pittorica” attivata nel visual buffer (nostre IM introspettive) Le caratteristiche delle IM derivano dalle proprietà del mezzo spaziale: per questo dimensioni, distanze, forma

Caratteristiche del visual buffer Visual buffer analogo a schermo visivo: Forma di tipo elicoidale e estensione limitata (immagini debordano dallo schermo) focus ottimale al centro (IM + chiara al centro sfumata in periferia) Risoluzione (acuità) limitata (+ difficile distinguere dettagli di IM piccola) -tendenza a dissolversi (IM transitorie)

La struttura profonda Informazioni conservate in MLT su cui si basano le IM 2 tipi: * Informazioni letterali o analogiche Informazioni visive: forma schematica dell’IM e parti *Informazioni proposizionali Informazioni astratte: descrizioni dell’IM, parte di essa, specifica di grandezza, categoria sovraordinata

I processi immaginativi Generare un’IM formare rappresentazione di superficie in MBT sulla base di informazioni in MLT Picture: da IM literal a IM di superficie Find: accesso a informazione proposizionale Put: colloca le parti, grandezza Image: coordina Ispezionare un’IM spostare attenzione lungo IM Trasformare un’IM ruotare, ingrandire ecc. Utilizzare un’IM usare Im per compiere operazioni mentali, es. problem solving