3.14: La arquitectura impenetrable

Los científicos cognitivos clásicos a menudo desarrollan teorías en forma de simulaciones informáticas de trabajo. Estos modelos se validan mediante la recolección de evidencia que demuestra que son fuertemente equivalentes a los sujetos o fenómenos que se modelan. Esto comienza demostrando primero una equivalencia débil, que tanto el modelo como el sujeto están calculando la misma función input-output. La búsqueda de una fuerte equivalencia se profundiza mediante el uso de evidencia de estado intermedio, evidencia de complejidad relativa y evidencia de error para demostrar, con detalles llamativos, que tanto el modelo como el sujeto están empleando el mismo algoritmo.

Sin embargo, una fuerte equivalencia sólo puede establecerse demostrando una relación adicional entre modelo y sujeto. No sólo debe modelar y sujeto estar empleando el mismo algoritmo, sino que ambos también deben estar empleando los mismos procesos primitivos. Una fuerte equivalencia requiere equivalencia arquitectónica.

Las primitivas de una simulación por computadora son fácilmente identificables. Una simulación por computadora debe ser una colección de primitivas diseñadas para generar un comportamiento de interés (Dawson, 2004). Para crear un modelo de cognición, se deben definir las propiedades básicas de una estructura simbólica, la naturaleza de los procesos que pueden manipular estas expresiones y el sistema de control que elige cuándo aplicar una regla, operación o proceso en particular. Un modelo hace explícitas estas características primitivas. Cuando se ejecuta el modelo, su comportamiento muestra lo que estas primitivas pueden producir.

Si bien identificar las primitivas de un modelo debe ser sencillo, determinar la arquitectura empleada por un sujeto modelado está lejos de ser fácil. Para ilustrar esto, consideremos la investigación sobre imágenes mentales.

La imaginería mental es un fenómeno cognitivo en el que experimentamos o imaginamos cuadros mentales. Las imágenes mentales suelen estar involucradas en la resolución de problemas espaciales (Kosslyn, 1980). Por ejemplo, imagina que te pregunten cuántas ventanas hay en la pared frontal del edificio en el que vives. Un enfoque común para responder a esta pregunta sería imaginar la imagen de esta pared e inspeccionar la imagen, contando mentalmente el número de ventanas que se muestran en ella. Las imágenes mentales también son de vital importancia para la memoria humana (Paivio, 1969, 1971, 1986; Yates, 1966): somos mejores para recordar elementos si podemos crear una imagen mental de ellos. En efecto, la construcción de extrañas imágenes mentales, o de imágenes que vinculan dos o más elementos entre sí, es una herramienta estándar del comercio mnemotécnico (Lorayne, 1985, 1998, 2007; Lorayne & Lucas, 1974).

Un logro temprano de la revolución cognitiva en psicología (Miller, 2003; Vauclair & Perret, 2003) fue un interés reavivado por estudiar las imágenes mentales, un área que había sido descuidada durante el reinado del conductismo (Paivio, 1971, 1986). En las primeras etapas de la renovada investigación imaginaria, se modificaron los paradigmas tradicionales para establecer sólidamente que la imaginabilidad del concepto era un predictor clave del comportamiento verbal y del aprendizaje asociativo (Paivio, 1969). En etapas posteriores, se inventaron nuevos paradigmas para permitir a los investigadores investigar la naturaleza subyacente de las imágenes mentales (Kosslyn, 1980; Shepard & Cooper, 1982).

Por ejemplo, considere la evidencia de complejidad relativa obtenida usando la tarea de rotación mental (Cooper & Shepard, 1973a, 1973b; Shepard & Metzler, 1971). En esta tarea, los sujetos se presentan con un par de imágenes. En algunos casos, las dos imágenes son del mismo objeto. En otros casos, las dos imágenes son diferentes (por ejemplo, una es una imagen especular de la otra). La orientación de las imágenes también se puede variar, por ejemplo, se pueden girar a diferentes grados en el plano de visión. La disparidad angular entre las dos imágenes es la variable independiente clave. La tarea de un sujeto es juzgar si las imágenes son iguales o no; la medida dependiente clave es la cantidad de tiempo que se requiere para responder.

Para realizar la tarea de rotación mental, los sujetos primero construyen una imagen mental de uno de los objetos, y luego imaginan girarlo a la orientación correcta para permitirles juzgar si es lo mismo que el otro objeto. El hallazgo estándar en esta tarea es que existe una relación lineal entre la latencia de respuesta y la cantidad de rotación mental que se requiere. A partir de estos resultados se ha concluido que “el proceso de rotación mental es análogo en que los estados intermedios en el proceso tienen una correspondencia uno a uno con etapas intermedias en la rotación externa de un objeto” (Shepard & Cooper, 1982, p. 185). Es decir, los procesos mentales rotan las imágenes mentales de manera holística, a través de orientaciones intermedias, así como los procesos físicos pueden rotar objetos reales.

Otra fuente de evidencia de complejidad relativa respecto a las imágenes mentales es la tarea de escaneo de imágenes (Kosslyn, 1980; Kosslyn, Ball, & Reisler, 1978). En la versión más famosa de esta tarea, primero se capacita a los sujetos para crear una imagen mental precisa de un mapa insular en el que se marcan siete ubicaciones diferentes. Luego se pide a los sujetos que construyan esta imagen mental, enfocando su atención en una de las localizaciones. Luego se les proporciona un nombre, que puede ser o no una de las otras ubicaciones del mapa. Si el nombre es de otra ubicación del mapa, entonces los sujetos son instruidos para escanear a través de la imagen hacia ella, presionando un botón cuando llegan a la segunda ubicación.

En la versión de escaneo de mapas de la tarea de escaneo de imágenes, la variable dependiente fue la cantidad de tiempo desde el nombramiento de la segunda ubicación hasta la pulsación del botón de un sujeto, y la variable independiente fue la distancia en el mapa entre la primera y la segunda ubicación. El hallazgo clave fue que había una relación casi perfectamente lineal entre latencia y distancia (Kosslyn Ball, & Reisler, 1978): una mayor distancia condujo a una mayor latencia de respuesta, sugiriendo que la imagen tenía extensión espacial, y que se escaneó a una velocidad constante.

Los experimentos de escaneo apoyan la afirmación de que porciones de imágenes representan porciones correspondientes de los objetos representados, y que las relaciones espaciales entre porciones de la imagen indexan las relaciones espaciales entre las porciones correspondientes de los objetos fotografiados. (Kosslyn, 1980, p. 51)

La evidencia de complejidad relativa obtenida de tareas como la rotación mental y el escaneo de imágenes proporcionó la base para un relato destacado de las imágenes mentales conocido como la teoría representativa (Kosslyn, 1980, 1994; Kosslyn, Thompson, & Ganis, 2006). Esta teoría se basa en la afirmación de que las imágenes mentales no son meramente representaciones internas que describen información visuoespacial (como sería el caso con palabras o con proposiciones lógicas), sino que representan esta información porque el formato de una imagen es cuasi-pictórico. Es decir, si bien no se afirma que una imagen mental sea literalmente una imagen en la cabeza, sin embargo representa el contenido por semejanza.

Existe una correspondencia entre las partes y las relaciones espaciales de la representación y las del objeto; este mapeo estructural, que confiere un tipo de parecido, subyace en la forma en que las imágenes transmiten contenido específico. En este sentido las imágenes son como imágenes. A diferencia de las palabras y los símbolos, las representaciones no se emparejan arbitrariamente con lo que representan. (Kosslyn, Thompson y Ganis, 2006, p. 44)

La teoría representativa especifica las propiedades primitivas de las imágenes mentales, que a veces se han llamado propiedades privilegiadas (Kosslyn, 1980). ¿Cuáles son estos primitivos? Una es que las imágenes ocurren en un medio espacial que es funcionalmente equivalente a un espacio de coordenadas. Una segunda es que las imágenes son patrones que se producen activando regiones locales de este espacio para producir un “isomorfismo espacial abstracto” (Kosslyn, 1980, p. 33) entre la imagen y lo que representa. Este isomorfismo es una correspondencia entre una imagen y un objeto representado en términos de sus partes, así como las relaciones espaciales entre estas partes. Una tercera es que las imágenes no solo representan la extensión espacial, sino que también representan propiedades de superficies visibles como el color y la textura.

Estas propiedades privilegiadas son características del formato de las imágenes mentales, la estructura de las imágenes como expresiones simbólicas. Cuando tal estructura se empareja con procesos primitivos particulares, ciertos tipos de preguntas son fácilmente respondidas. Estos procesos son de naturaleza visual: por ejemplo, las imágenes mentales pueden ser escaneadas, inspeccionadas en diferentes tamaños aparentes, o giradas. El acoplamiento de tales procesos con la estructura representativa de las imágenes es muy adecuado para resolver problemas visuoespaciales. Otros emparejamientos estructura-proceso, en particular, las operaciones lógicas sobre expresiones proposicionales que describen propiedades espaciales (Pylyshyn, 1973), no hacen que la información espacial sea explícita y posiblemente no serán tan hábiles para resolver problemas visuoespaciales. Kosslyn (1980, p. 35) calificó las propiedades estructurales de las imágenes privilegiadas porque su posesión “[distingue] una imagen de otras formas de representación”.

Que la teoría representativa haga afirmaciones sobre las propiedades primitivas de las imágenes mentales indica con bastante claridad que se trata de un relato de la arquitectura cognitiva. El hecho de que se trata de una teoría sobre la arquitectura está respaldado además por el hecho de que la última fase de la investigación de imágenes ha involucrado la complementación de datos conductuales con evidencia sobre la neurociencia cognitiva de las imágenes (Kosslyn, 1994; Kosslyn et al., 1995; Kosslyn et al., 1999; Kosslyn, Thompson, & Alpert, 1997; Kosslyn, Thompson, & Ganis, 2006). Esta investigación ha intentado basar las propiedades arquitectónicas de las imágenes en regiones topográficamente organizadas de la corteza.

La simulación por computadora ha demostrado ser un medio clave para evaluar la teoría representativa de las imágenes mentales. Comenzando con el trabajo a finales de la década de 1970 (Kosslyn & Shwartz, 1977), las propiedades privilegiadas de las imágenes mentales se han convertido en un modelo informático de trabajo (Kosslyn, 1980, 1987, 1994; Kosslyn et al., 1984; Kosslyn et al., 1985). En términos generales, con el tiempo estos modelos representan una elaboración de una estructura teórica general: la memoria a largo plazo utiliza estructuras proposicionales para almacenar información espacial. Los procesos de construcción de imágenes convierten esta información proposicional en representaciones representativas en un medio espacial que impone las propiedades estructurales primitivas de las imágenes. Separados de este medio están los procesos primitivos que operan sobre la información representada (por ejemplo, escanear, inspeccionar, interpretar). Esta forma de modelo ha demostrado que las propiedades privilegiadas de las imágenes que definen la teoría representativa son suficientes para simular una amplia variedad de las regularidades que rigen la imaginería mental.

Los últimos párrafos han introducido la teoría representativa de Kosslyn (e.g., 1980), sus propuestas sobre las propiedades privilegiadas de las imágenes mentales y el éxito que las simulaciones informáticas derivadas de esta teoría han tenido en modelar resultados conductuales. Todos estos temas se refieren a declaraciones sobre primitivas en el dominio de una teoría o modelo sobre imaginería mental. Pasemos ahora a un tema que aún no se ha abordado: la naturaleza de los primitivos empleados por el sujeto modelado, el imager humano.

El estatus de las propiedades privilegiadas defendidas por la teoría representativa ha sido objeto de un debate imaginario de décadas (Block, 1981; Tye, 1991). En el centro del debate imaginario se encuentra una pregunta básica: ¿las propiedades privilegiadas son partes de la arquitectura o no? El debate imaginario comenzó con la publicación de un artículo seminal (Pylyshyn, 1973), que proponía que las propiedades primitivas de las imágenes no eran representativas, sino propiedades descriptivas basadas en una representación lógica o proposicional. Esta posición representa la afirmación básica de la teoría proposicional, que se erige como una alternativa crítica a la teoría representativa.

El debate imaginario continúa hasta nuestros días; la crítica de la teoría proposicional a la posición representativa ha sido prolífica e influyente (Pylyshyn, 1981a, 1981b, 1984, 2003a, 2003b, 2003c, 2007). El debate imaginario ha sido polémico, ha implicado una serie de diferentes argumentos teóricos sutiles sobre la relación entre teoría y datos, y no ha mostrado signos de ser claramente resueltos. En efecto, algunos han argumentado que se trata de un debate que no se puede resolver, porque es imposible identificar datos que sean apropiados para diferenciar las teorías representativas y proposicionales (Anderson, 1978). En esta sección, el estado general del debate sobre las imágenes no es motivo de preocupación. En cambio, nos interesa un tipo particular de evidencia que ha jugado un papel importante en el debate: la evidencia sobre la penetrabilidad cognitiva (Pylyshyn, 1980, 1984, 1999).

Recordemos de la discusión anterior sobre algoritmos y arquitectura que Newell (1990) propuso que la tasa de cambio de varias partes de un sistema de símbolos físicos diferiría radicalmente dependiendo de qué componente se estuviera examinando. Newell observó que los datos deberían cambiar rápidamente, los programas almacenados deberían ser más duraderos y la arquitectura que interpreta los programas almacenados debería ser aún más estable. Esto se debe a que la arquitectura está cableada. Puede cambiar lentamente (por ejemplo, en la cognición humana debido al desarrollo biológico), pero debería ser el componente de procesamiento de información más estable. Cuando alguien afirma que ha cambiado de opinión, interpretamos esto como que significa que ha actualizado sus hechos, o que ha utilizado un nuevo enfoque o estrategia para llegar a una conclusión. No interpretamos esto como una afirmación de que han alterado su maquinaria mental básica, ¡cuando cambiamos de opinión, no cambiamos nuestra arquitectura cognitiva!

El criterio de penetrabilidad cognitiva (Pylyshyn, 1980, 1984, 1999) es un paradigma experimental que aprovecha la naturaleza persistente “cableada” de la arquitectura. Si alguna función es parte de la arquitectura, entonces no debería verse afectada por los cambios en el contenido cognitivo; el cambio de creencias no debería resultar en una arquitectura cambiante. La arquitectura es cognitivamente impenetrable. En contraste, si alguna función cambia debido a un cambio en el contenido que está semánticamente relacionado con la función, entonces esto es evidencia de que no forma parte de la arquitectura.

Si un sistema es cognitivamente penetrable entonces la función que calcula es sensible, de manera semánticamente coherente, a las metas y creencias del organismo, es decir, puede alterarse de una manera que tenga alguna relación lógica con lo que la persona conoce. (Pylyshyn, 1999, p. 343)

La arquitectura no es cognitivamente penetrable.

La penetrabilidad cognitiva proporciona un paradigma para probar si una función de interés es parte de la arquitectura o no. Primero, se mide alguna función como parte de una prueba previa. Por ejemplo, consideremos la Figura 3-13, que presenta la ilusión de Müller-Lyer, que fue descubierta en 1889 (Gregory, 1978). En una prueba previa, se determinaría si experimentas esta ilusión. Se harían algunas mediciones para determinar si se juzga que el segmento de línea horizontal de la flecha superior es más largo que el segmento de línea horizontal de la flecha inferior.

Segundo, se realizaría una fuerte manipulación de una creencia relacionada con la función que produce la ilusión de Müller-Lyer. A usted, como sujeto, se le podría decir que los dos segmentos de línea horizontal eran iguales en longitud. Es posible que te den una regla, y te pidan medir los dos segmentos de línea, para convencerte de que tu experiencia era incorrecta y que las dos líneas eran de la misma longitud.

Figura 3-13. La ilusión de Müller-Lyer.

Tercero, una prueba posterior determinaría si aún experimentaste la ilusión. ¿Los segmentos de línea todavía parecen ser de diferente longitud, a pesar de que esté armado con el conocimiento de que esta apariencia es falsa? Esta ilusión ha tenido una historia tan larga porque su apariencia no se ve afectada por dicho contenido cognitivo. El mecanismo responsable de la ilusión de Müller-Lyer es cognitivamente impenetrable.

Este paradigma se ha aplicado a algunas de las tareas estándar de imaginería mental con el fin de mostrar que algunas de las propiedades privilegiadas de las imágenes son cognitivamente penetrables y por lo tanto no pueden formar parte de la arquitectura. Por ejemplo, en su disertación de 1981, Liam Bannon examinó la tarea de escaneo de mapas para determinar la penetrabilidad cognitiva (para detalles metodológicos, ver Pylyshyn, 1981a). Bannon razonó que las instrucciones dadas a los sujetos en el estudio estándar de escaneo de mapas (Kosslyn, Ball, & Reiser, 1978) inculcaron la creencia de que el escaneo de imágenes era como escanear una imagen. Bannon pudo replicar los resultados de Kosslyn, Ball y Reiser en una condición. No obstante, en otras condiciones se cambiaron las instrucciones para que las imágenes tuvieran que ser escaneadas para responder a una pregunta, pero no se inculcaron creencias sobre el escaneo. En un estudio, Bannon hizo que los sujetos cambiaran la atención de la primera ubicación del mapa a la segunda ubicación (nombrada), para luego juzgar la dirección de la brújula de la segunda ubicación a la primera. En esta condición, la relación linealmente creciente entre distancia y tiempo desapareció. El escaneo de imágenes parece ser cognitivamente penetrable, desafiando algunas de las afirmaciones arquitectónicas de la teoría representativa. “Las imágenes pueden ser examinadas sin las restricciones putativas de la visualización superficial postuladas por Kosslyn y otros” (Pylyshyn, 1981a, p. 40).

El paradigma de penetrabilidad cognitiva también se ha aplicado a la tarea de rotación mental (Pylyshyn, 1979b). Pylyshyn razonó que si la rotación mental se logra por mecanismos primitivos, entonces debe ser cognitivamente impenetrable. Una predicción que se desprende de este razonamiento es que la tasa de rotación mental debe ser independiente del contenido que se está rotando; una imagen que represente contenido simple debe, en virtud de su naturaleza arquitectónica putativa, rotarse al mismo ritmo que una imagen diferente que represente contenido más complejo.

Pylyshyn (1979b) probó esta hipótesis en dos experimentos y encontró evidencia de penetración cognitiva. La tasa de rotación mental se vio afectada por la práctica, por el contenido de la imagen que se estaba rotando, y por la naturaleza de la tarea de comparación que se les pidió a los sujetos realizar. Como fue el caso del escaneo de imágenes, parecería que la rotación “analógica” de las imágenes no es primitiva, sino que se basa en procesos más simples que sí pertenecen a la arquitectura.

Cuanto más cuidadosamente examinemos fenómenos, como los hallazgos de rotación mental, más encontramos que las visiones holísticas informalmente atractivas de manipulación de imágenes deben ser reemplazadas por procedimientos fragmentarios de grano más fino que operen sobre un estímulo analizado y estructurado utilizando en gran medida serie, recurriendo a recursos- mecanismos limitados. (Pylyshyn, 1979b, p. 27)

La penetrabilidad cognitiva ha jugado un papel importante en dominios distintos a la imaginería mental. Por ejemplo, en la literatura relacionada con la percepción social y la predicción, existe un debate entre una teoría clásica llamada teoría-teoría (Gopnik & Meltzoff, 1997; Gopnik &Wellman, 1992) y un enfoque más nuevo llamado teoría de la simulación (Gordon, 1986, 2005b), que está muy bien situado en el encarnado ciencia cognitiva que es el tema del Capítulo 5. Existe una discusión creciente sobre si la penetrabilidad cognitiva puede usarse para discriminar entre estas dos teorías (Greenwood, 1999; Heal, 1996; Kuhberger et al., 2006; Perner et al., 1999; Stich &Nichols, 1997). La penetrabilidad cognitiva también se ha aplicado a diversos temas en la percepción visual (Raftopoulos, 2001), incluyendo la percepción facial (Bentin & Golland, 2002) y la percepción del movimiento ilusorio (Dawson, 1991; Dawson &Wright, 1989; Wright & Dawson, 1994).

Si bien la penetrabilidad cognitiva es una herramienta importante ante el reto de examinar la equivalencia arquitectónica entre modelo y sujeto, no está exenta de problemas. Por ejemplo, a pesar de ser aplicada al estudio de la imaginería mental, el debate de los formadores de imágenes continúa, sugiriendo que la evidencia de penetrabilidad no es tan convincente o poderosa como podrían esperar sus proponentes. Quizás una razón de esto es que busca un resultado nulo: la ausencia de un efecto del contenido cognitivo sobre la función cognitiva. Si bien la penetrabilidad cognitiva puede proporcionar evidencia arquitectónica para una fuerte equivalencia, es probable que se requieran otras fuentes de evidencia. Una fuente de esta evidencia adicional es la neurociencia cognitiva.