3.11: Una arquitectura clásica para la cognición

La hipótesis del sistema de símbolos físicos define la ciencia cognitiva clásica. Esta escuela de pensamiento puede ser considerada como la derivada moderna de la filosofía cartesiana. Ve la cognición como computación, donde el cálculo es la manipulación de símbolos regida por reglas. Así, el pensamiento y el razonamiento son vistos como el resultado de realizar algo parecido a la inferencia lógica o matemática. Gran parte de este aparato computacional debe ser innato.

Sin embargo, la ciencia cognitiva clásica se aparta crucialmente de la filosofía cartesiana al abandonar el dualismo. En cambio, la ciencia cognitiva clásica adopta una posición materialista que mecaniza la mente. La noción técnica de computación es la aplicación de un conjunto finito de reglas recursivas a un conjunto finito de primitivas para evolucionar un conjunto de estructuras o expresiones simbólicas finitas. Esta definición técnica de computación está más allá de las capacidades de algunos dispositivos, como los autómatas de estado finito, pero se puede lograr mediante máquinas universales como las máquinas Turing o las computadoras electrónicas. La afirmación de que la cognición es producto de un dispositivo que pertenece a la misma clase de artefactos como las máquinas Turing o las computadoras digitales es la esencia de la hipótesis del sistema de símbolos físicos, y la base de la ciencia cognitiva clásica.

Desde la invención de la computadora digital, los estudiosos han considerado seriamente la posibilidad de que el cerebro también fuera una computadora de este tipo. Por ejemplo, la naturaleza de todo o nada del potencial de acción de una neurona ha sugerido que el cerebro también es de naturaleza digital (von Neumann, 1958). No obstante, von Neumann pasó a afirmar que el pequeño tamaño y la baja velocidad de las neuronas, en comparación con los componentes electrónicos, sugerían que el cerebro tendría una arquitectura diferente a la de una computadora electrónica. Por ejemplo, von Neumann especuló que la arquitectura del cerebro sería de naturaleza mucho más paralela.

Las especulaciones de Von Neumann (1958) plantean otro tema clave. Si bien los científicos cognitivos clásicos confían en que los cerebros pertenecen a la misma clase que las máquinas Turing y las computadoras digitales (es decir, todas son sistemas de símbolos físicos), no esperan que el cerebro tenga la misma arquitectura. Si el cerebro es un sistema de símbolos físicos, entonces ¿cómo podría ser su arquitectura?

Muchos científicos cognitivos clásicos creen que la arquitectura de la cognición es algún tipo de sistema de producción. El modelo de arquitectura del sistema de producción fue inventado por Newell y Simon (Newell, 1973; Newell & Simon, 1961, 1972) y se ha utilizado para simular muchos fenómenos psicológicos (Anderson, 1983; Anderson et al., 2004; Anderson & Matessa, 1997; Meyer et al. 2001; Meyer & Kieras, 1997a, 1997b; Newell, 1990; Newell & Simon, 1972). Los sistemas de producción tienen una serie de propiedades interesantes, incluyendo una interesante mezcla de procesamiento paralelo y serial.

Un sistema de producción es un manipulador de símbolos de propósito general (Anderson, 1983; Newell, 1973; Newell y Simon, 1972). Al igual que otros sistemas de símbolos físicos, los sistemas de producción exhiben una marcada distinción entre las expresiones simbólicas y las reglas para manipularlas. Incluyen una memoria de trabajo que se utiliza para almacenar una o más estructuras simbólicas, donde una estructura simbólica es una expresión que se crea combinando un conjunto de símbolos atómicos. En algunos sistemas de producción (por ejemplo, Anderson, 1983) también está presente una memoria a largo plazo, que también almacena expresiones. La memoria de trabajo de un sistema de producción es análoga a la cinta de teletipo de una máquina Turing o a la memoria de acceso aleatorio de una computadora von Neumann.

El componente de proceso de un sistema de producción es un conjunto finito de reglas de manipulación de símbolos que se llaman producciones. Cada producción es una regla única que empareja una condición de activación con una acción resultante. Una producción funciona escaneando las expresiones en la memoria de trabajo para un patrón que coincida con su condición. Si se encuentra tal coincidencia, entonces la producción toma el control de la memoria y realiza su acción. La acción de una producción es algún tipo de manipulación de símbolos: agregar, eliminar, copiar o mover símbolos o expresiones en la memoria de trabajo.

Un sistema de producción típico es un procesador paralelo en el sentido de que todas sus producciones buscan en la memoria de trabajo simultáneamente sus patrones de activación. Sin embargo, es un procesador serie —como una máquina Turing o una computadora digital— cuando se realizan acciones para manipular las expresiones en la memoria de trabajo. Esto se debe a que en la mayoría de los sistemas de producción solo se permite que una producción opere en la memoria en un momento dado. Es decir, cuando una producción encuentra su condición desencadenante, toma el control por un momento, inhabilitando todas las demás producciones. La producción controladora manipula los símbolos en la memoria, y luego libera su control, lo que hace que se reanude el escaneo paralelo de la memoria de trabajo.

Hemos descrito brevemente dos características, estructura y proceso, que hacen que los sistemas de producción sean ejemplos de sistemas de símbolos físicos. La tercera característica, el control, revela algunas propiedades adicionales interesantes de los sistemas de producción.

Por un lado, la estigmergia se utiliza para controlar un sistema de producción, es decir, para elegir qué producción actúa en un momento dado. El control estigmérgico ocurre cuando diferentes agentes (en este caso, producciones) no se comunican directamente entre sí, sino que realizan una comunicación indirecta modificando un entorno compartido (Theraulaz & Bonabeau, 1999). La estigmergia se ha utilizado para explicar cómo una colonia de insectos sociales podría coordinar sus acciones para crear un nido (Downing & Jeanne, 1988; Karsai, 1999). La estructura cambiante del nido provoca diferentes comportamientos de construcción de nidos; el nido mismo controla su propia construcción. Cuando un insecto agrega una nueva pieza al nido, esto cambiará el comportamiento posterior de otros insectos sin que se produzca ninguna comunicación directa.

El control del sistema de producción es estigmérgico si se considera que la memoria de trabajo es análoga al nido de insectos. El estado actual de la memoria provoca que una producción particular actúe. Esto cambia los contenidos de la memoria, lo que a su vez puede resultar en que se seleccione una producción diferente durante el siguiente ciclo de la arquitectura.

Por otro lado, el control del sistema de producción no suele ser completamente estigmérgico. Esto se debe a que la relación estigmérgica entre la memoria de trabajo y las producciones es lo suficientemente floja como para producir situaciones en las que ocurren conflictos. Ejemplos de este tipo de situaciones incluyen instancias en las que más de una producción encuentra su patrón de activación al mismo tiempo, o cuando una producción encuentra su condición de activación presente en más de una ubicación en la memoria al mismo tiempo. Tales situaciones deben ser atendidas por mecanismos adicionales de control. Por ejemplo, podrían asignarse prioridades a las producciones para que en un caso en que dos o más producciones estuvieran en conflicto, sólo la producción con mayor prioridad realizaría su acción.

Los sistemas de producción han proporcionado una arquitectura, particularmente si esa arquitectura es de naturaleza clásica, que ha tenido tanto éxito en simular la cognición de orden superior que algunos investigadores creen que los sistemas de producción proporcionan la base para una teoría unificada de la cognición (Anderson, 1983; Anderson et al. , 2004; Newell, 1990). Los sistemas de producción ilustran otra característica que también es típica de este enfoque de la ciencia cognitiva: el llamado sándwich clásico (Hurley, 2001).

Imagínese un agente muy sencillo que fuera verdaderamente incapaz de representación y razonamiento. Sus interacciones con el mundo estarían necesariamente regidas por un conjunto de reflejos que convertirían la información detectada directamente en acción. Estos reflejos definen un ciclo sentido-acto (Pfeifer & Scheier, 1999).

En contraste, un agente más sofisticado podría utilizar representaciones internas para decidir sobre una acción, razonando sobre las consecuencias de posibles acciones y eligiendo la acción que se razonó para ser más beneficiosa (Popper, 1978, p. 354): “Mientras que un animal acrítico puede ser eliminado por completo con su hipótesis dogmáticamente sostenidas, podemos formular nuestras hipótesis, y criticarlas. ¡Que nuestras conjeturas, nuestras teorías mueran en nuestro lugar!” En este segundo escenario, el pensamiento se erige como intermediario entre la sensación y la acción. Tal comportamiento no se rige por un ciclo sentido-acto, sino que es producto de un ciclo sentido-pensar-actuar (Pfeifer & Scheier, 1999).

Hurley (2001) ha argumentado que el ciclo sentido-pensar-acto es la forma estereotipada de una teoría en la ciencia cognitiva clásica; llamó a esta forma el sándwich clásico. En una teoría clásica típica, la percepción sólo puede informar indirectamente a la acción, enviando información para ser procesada por los procesos centrales de representación, los cuales a su vez deciden qué acción se va a realizar.

Los sistemas de producción ejemplifican el sándwich clásico. Los primeros sistemas de producción no incorporaron detección ni actuación, a pesar de una necesidad reconocida de hacerlo. “Un problema con el intento de la psicología de la teoría cognitiva ha sido nuestra persistencia en pensar en la cognición sin traer procesos perceptuales y motores” (Newell, 1990, p. 15). Esto también fue cierto para la próxima generación de sistemas de producción, la arquitectura de control adaptativo del pensamiento (ACT) (Anderson, 1983). ACT “históricamente se centró en la cognición de nivel superior y no en la percepción o la acción” (Anderson et al., 2004, p. 1038).

Los sistemas de producción más modernos, como EPIC (control interactivo de proceso ejecutivo) (Meyer & Kieras, 1997a, 1997b), han evolucionado para incluir detección y actuación. EPIC simula la realización de múltiples tareas y puede producir el periodo refractario psicológico (PRP). Cuando se pueden realizar dos tareas al mismo tiempo, la asincronía de inicio de estímulo (SOA) entre las tareas es el período de tiempo desde el inicio de la primera tarea hasta el inicio de la segunda tarea. Cuando los SOA son largos, el tiempo que tarda un sujeto en hacer una respuesta es aproximadamente el mismo para ambas tareas. Sin embargo, para SOA de medio segundo o menos, lleva más tiempo realizar la segunda tarea que en realizar la primera. Este incremento en el tiempo de respuesta para SOA cortos es el PRP.

EPIC es un sistema de producción avanzado. Una de sus propiedades clave es que las producciones en EPIC pueden actuar en paralelo. Es decir, en cualquier ciclo de tiempo en el procesamiento EPIC, todas las producciones que hayan igualado sus condiciones en la memoria de trabajo actuarán para alterar la memoria de trabajo. Esto es importante; cuando se modelan múltiples tareas habrá dos conjuntos diferentes de producciones en acción, uno para cada tarea. EPIC también incluye procesadores sensoriales (como ojos virtuales) y procesadores de motor, ya que las acciones pueden limitar el rendimiento de las tareas. Por ejemplo, EPIC utiliza un procesador de un solo motor para controlar dos “manos virtuales”. Esto da como resultado una interferencia entre dos tareas que implican hacer respuestas con diferentes manos.

Si bien EPIC (Meyer & Kieras, 1997a, 1997b) incorpora explícitamente la detección, la actuación y el pensamiento, lo hace de una manera que todavía ejemplifica el sándwich clásico. En EPIC, la detección transduce propiedades del mundo externo en símbolos para ser agregados a la memoria de trabajo. La memoria de trabajo proporciona expresiones simbólicas que guían las acciones de los procesadores de motores. Así, la memoria de trabajo centraliza el “pensamiento” que mapea las sensaciones en acciones. No hay conexiones directas entre la detección y la actuación de esa memoria de trabajo de derivación. EPIC es un ejemplo de procesamiento sentido-pensar-actuar.

La ciencia cognitiva encarnada radical, que se discute en el capítulo 5, sostiene que la inteligencia es el resultado de la acción situada; afirma que el procesamiento sentido-pensar-acto puede ser reemplazado por ciclos sentido-acto, y que la manipulación de expresiones regida por reglas es innecesaria (Chemero, 2009). En contraste, los investigadores clásicos afirman que los sistemas de producción que incluyen la detección y la actuación son suficientes para explicar la inteligencia y la acción humanas, y que las teorías encarnadas no son necesarias (Vera y Simon, 1993).

De ello se deduce que no hay necesidad, contrariamente a lo que a veces parecen reclamar los seguidores de SA [acción situada], de que la psicología cognitiva adopte un lenguaje y una agenda de investigación completamente nuevos, rompiendo completamente con las teorías cognitivas tradicionales (simbólicas). SA no es un nuevo enfoque de la cognición, mucho menos una nueva escuela de psicología cognitiva. (Vera y Simón, 1993, p. 46)

Más adelante en este libro vemos que los sistemas de producción proporcionan un medio interesante que puede ser utilizado para explorar la relación entre la ciencia cognitiva clásica, conexionista y encarnada.