7.9: El vocabulario cognitivo

El objetivo de la ciencia cognitiva es explicar los fenómenos cognitivos. Una aproximación a dicha explicación es generar un conjunto de leyes o principios que capten las regularidades que exhiben los miembros que pertenecen a una clase particular. Una vez que se determina que algún sistema nuevo pertenece a una clase, entonces se espera que los principios conocidos para gobernar esa clase también se apliquen al nuevo sistema. En este sentido, las leyes que rigen una clase capturan generalizaciones (Pylyshyn, 1984).

El problema que enfrentó la ciencia cognitiva en su infancia fue que las clases de interés, y las leyes que captaron generalizaciones sobre sus miembros, dependían de qué nivel de análisis se adoptara (Marr, 1982). Por ejemplo, a nivel físico de investigación, las computadoras electromecánicas y digitales no pertenecen a la misma clase. Sin embargo, a un nivel de investigación más abstracto (por ejemplo, a nivel arquitectónico descrito en el Capítulo 2), estos dos tipos muy diferentes de dispositivos físicos pertenecen a la misma clase, porque sus componentes son funcionalmente equivalentes: “Muchos de los circuitos electrónicos que realizaron la aritmética básica las operaciones [en ENIAC] fueron simplemente análogos electrónicos de las mismas unidades utilizadas en las calculadoras mecánicas y las máquinas contables comerciales del día” (Williams, 1997, p. 272).

La constatación de que los sistemas cognitivos deben ser examinados a partir de múltiples niveles de análisis motivó la hipótesis de tres niveles de Marr (1982). Según esta hipótesis, los sistemas cognitivos deben explicarse en tres niveles diferentes de análisis: físico, algorítmico y computacional.

No es suficiente para poder predecir localmente las respuestas de células individuales, ni es suficiente para poder predecir localmente los resultados de experimentos psicofísicos. Tampoco es suficiente para poder escribir programas informáticos que se desempeñen aproximadamente de la manera deseada. Hay que hacer todas estas cosas a la vez y también ser muy consciente del nivel adicional de explicación que he llamado el nivel de teoría computacional. (Marr, 1982, págs. 329—330)

La hipótesis de tres niveles proporciona una base para la ciencia cognitiva y da cuenta de su naturaleza interdisciplinaria (Dawson, 1998). Esto se debe a que cada nivel de análisis utiliza un vocabulario cualitativamente diferente para hacer preguntas sobre los sistemas cognitivos y utiliza métodos muy diferentes para dar las respuestas a estas preguntas. Es decir, cada nivel de análisis apela a los diferentes lenguajes y técnicas de distintas disciplinas científicas. La necesidad de explicar los sistemas cognitivos en diferentes niveles de análisis obliga a los científicos cognitivos a ser interdisciplinarios.

La hipótesis de tres niveles de Marr (1982) también se puede utilizar para comparar los diferentes enfoques de la ciencia cognitiva. ¿La hipótesis de tres niveles es igualmente aplicable a las tres escuelas de pensamiento diferentes? Siempre que los tres niveles se interpreten en un nivel moderadamente grosero, parecería que esta pregunta podría responderse afirmativamente.

A nivel implementacional de Marr (1982), los científicos cognitivos preguntan cómo se realizan físicamente los procesos de información. Para una ciencia cognitiva de agentes biológicos, las respuestas a preguntas de nivel implementacional se formulan en un vocabulario que describe los mecanismos biológicos. Parecería que los tres enfoques de la ciencia cognitiva son materialistas y como resultado están interesados en realizar análisis a nivel implementacional. Las diferencias entre las tres escuelas de pensamiento a este nivel solo podrían reflejarse en los alcances de los mecanismos biológicos que son de interés. En particular, los científicos cognitivos clásicos y coneccionistas enfatizarán los mecanismos neuronales, mientras que es probable que los científicos cognitivos encarnados estén interesados no solo en el cerebro sino también en otras partes del cuerpo que interactúan con el mundo externo.

A nivel algorítmico de Marr's (1982), los científicos cognitivos están interesados en especificar los procedimientos que se utilizan para resolver problemas particulares de procesamiento de información. En este nivel, existen diferencias técnicas sustanciales entre las tres escuelas de pensamiento. Por ejemplo, los científicos cognitivos clásicos y coneccionistas apelarían a muy diferentes tipos de representaciones en sus relatos algorítmicos (Broadbent, 1985; Rumelhart & McClelland, 1985). Del mismo modo, un relato algorítmico de la planeación interna sería bastante diferente de un relato encarnado de acción controlada, o de andamiaje, cognición. A pesar de tales diferencias técnicas, sin embargo, sería difícil afirmar que un enfoque de la ciencia cognitiva proporciona cuentas procesales, mientras que otro no. Los tres enfoques de la ciencia cognitiva están motivados para investigar a nivel algorítmico.

A nivel computacional de Marr (1982), los científicos cognitivos desean determinar la naturaleza de los problemas de procesamiento de información que están resolviendo los agentes. Responder a estas preguntas generalmente requiere desarrollar pruebas en algún lenguaje formal. Nuevamente, los tres enfoques de la ciencia cognitiva están bien versados en plantear preguntas a nivel computacional. Las diferencias entre ellos se reflejan en el lenguaje formal utilizado para explorar las respuestas a estas preguntas. La ciencia cognitiva clásica a menudo apela a alguna forma de lógica proposicional (Chomsky, 1959a; McCawley, 1981; Wexler y Culicover, 1980), el comportamiento de las redes coneccionistas se presta a ser descrito en términos de mecánica estadística (Amit, 1989; Grossberg, 1988; Smolensky, 1988; Smolensky y Legendre, 2006), y los científicos cognitivos encarnados tienen preferencia por la teoría de sistemas dinámicos (Clark, 1997; Port & van Gelder, 1995b; Shapiro, 2011).

La hipótesis de tres niveles de Marr (1982) es solo un ejemplo de exploración de la cognición en múltiples niveles. Los precursores del enfoque de Marr se pueden encontrar en escritos centrales que aparecieron bastante temprano en la historia moderna de la ciencia cognitiva. Por ejemplo, el filósofo Jerry Fodor (1968b) señaló que no se puede establecer ningún tipo de equivalencia entre el comportamiento de un organismo y el comportamiento de una simulación sin antes especificar un nivel de descripción que sitúe la comparación en un contexto particular.

El propio Marr (1982) señaló que existe un paralelo aún más fuerte entre la hipótesis de tres niveles y el enfoque del lenguaje de Chomsky (1965). Para empezar, la noción de Chomsky de una gramática innata y universal, así como su idea de un “órgano del lenguaje” o una “facultad de lenguaje”, reflejan una visión materialista del lenguaje. Chomsky espera claramente que el lenguaje pueda ser investigado a nivel implementacional. La facultad de lenguaje se debe “a millones de años de evolución o a principios de organización neuronal que pueden estar aún más profundamente arraigados en el derecho físico” (p. 59). De igual manera, “el estudio de los mecanismos innatos nos lleva a la gramática universal, pero también, por supuesto, a la investigación de los principios biológicamente determinados que subyacen al uso del lenguaje” (Chomsky, 1980, p. 206).

El nivel algorítmico de Marr (1982) se refleja en el concepto de rendimiento lingüístico de Chomsky (1965). El rendimiento lingüístico es algorítmico en el sentido de que una teoría del performance debe dar cuenta del “uso real del lenguaje en situaciones concretas” (Chomsky, 1965, p. 4). La psicología del lenguaje puede interpretarse como que se ocupa principalmente de proporcionar teorías del desempeño (Chomsky, 1980). Es decir, la “preocupación de la psicología son los procesos de producción, interpretación, y similares, que hacen uso del conocimiento alcanzado, y los procesos por los cuales se produce la transición del estado inicial al estado final, es decir, la adquisición del lenguaje” (pp. 201— 202). Un relato de los procesos que subyacen al rendimiento requiere una investigación a nivel algorítmico.

Por último, Marr (1982) señaló que la noción de competencia lingüística de Chomsky es paralela al nivel computacional de análisis. Una teoría de la competencia lingüística especifica el conocimiento del lenguaje de un interlocutor ideal (Chomsky, 1965). Una gramática es una teoría de competencia; proporciona un relato de la naturaleza del lenguaje que “no se ve afectado por condiciones tan gramaticalmente irrelevantes como limitaciones de memoria, distracciones, cambios de atención e interés, y errores (aleatorios o característicos) en la aplicación.. conocimiento del lenguaje en realidad. desempeño” (p. 3). Como teoría a nivel computacional, una gramática da cuenta de lo que en principio se podría decir o entender; en contraste, una teoría del rendimiento da cuenta de los comportamientos del lenguaje que realmente ocurrieron (Fodor, 1968b). Marr (1982) argumentó que las críticas influyentes a la teoría de Chomsky (Winograd, 1972a) consideraban erróneamente la gramática transformacional como un relato algorítmico, y no computacional. “La teoría de la gramática transformacional de Chomsky es una verdadera teoría computacional... preocupada únicamente por especificar cuál debe ser la descomposición sintáctica de una oración inglesa, y no en absoluto con cómo se debe lograr esa descomposición” (Marr, 1982, p. 28).

La noción del vocabulario cognitivo surge tomando un enfoque diferente para vincular la teoría de la visión de Marr (1982) con la teoría del lenguaje de Chomsky (1965). Además de proponer la hipótesis de tres niveles, Marr detalló una secuencia de diferentes tipos de representaciones de información visual. En las primeras etapas del procesamiento visual, la información se representó en el boceto primitivo, el cual proporcionó una representación espacial de primitivas visuales como los límites entre superficies. Las operaciones en el boceto primario produjeron el croquis 2½-D, que representa las propiedades, incluida la profundidad, de todas las superficies visibles. Finalmente, las operaciones sobre el boceto 2½-D producen el modelo 3D, que representa las propiedades tridimensionales de los objetos (incluyendo superficies no visibles directamente) de una manera independiente de la vista.

El enfoque del lenguaje de Chomsky (1965) también postula diferentes tipos de representaciones (Jackendoff, 1987). Estas incluyen representaciones de estructura fonológica, representaciones de sintaxis y representaciones de estructuras semánticas o conceptuales. Jackendoff argumentó que la teoría de la visión de Marr (1982) podría vincularse directamente a la teoría del lenguaje de Chomsky mediante un mapeo entre modelos 3D y estructuras conceptuales. Este vínculo permite que la salida del procesamiento visual juegue un papel crítico en la fijación del contenido semántico de las representaciones lingüísticas (Jackendoff, 1983, 1990).

Un elemento clave de la propuesta de Jackendoff (1987) es la distinción que impuso entre sintaxis y semántica. Este tipo de separación es característica de la ciencia cognitiva clásica, que se esfuerza por separar las propiedades formales de los símbolos de sus propiedades portadoras de contenido (Haugeland, 1985).

Por ejemplo, los teóricos clásicos definen a los símbolos como patrones físicos que llevan significado porque denotan o designan circunstancias en el mundo real (Vera y Simon, 1993). La parte del patrón físico de esta definición permite manipular símbolos en términos de su forma o forma: todo lo que se requiere es que la naturaleza física de un patrón sea suficiente para identificarlo como una ficha de algún tipo simbólico. El aspecto de designación de esta definición se refiere al significado o contenido semántico del símbolo y está completamente separado de su naturaleza formal o sintáctica.

Por decirlo dramáticamente, los tokens formales interpretados llevan dos vidas: VIDAS SINTACTICAS, en las que son marcadores sin sentido, movidos según las reglas de algún juego autónomo; y VIDAS SEMANTIC, en las que tienen significados y relaciones simbólicas con el mundo exterior. (Haugeland, 1985, p. 100)

En otras palabras, cuando los sistemas cognitivos son vistos de manera representativa (por ejemplo, como en Jackendoff, 1987), pueden describirse en diferentes niveles, pero estos niveles no son idénticos a los de la hipótesis de tres niveles de Marr (1982). Representativamente, un nivel es físico, involucrando las propiedades físicas de los símbolos. Un segundo nivel es formal, concerniente a las propiedades lógicas de los símbolos. Un tercer nivel es semántico, respecto a los significados designados por los símbolos. Nuevamente, cada uno de estos niveles implica usar un vocabulario particular para captar sus regularidades particulares.

Este segundo sentido de los niveles de descripción lleva a una posición que algunos investigadores han utilizado para distinguir la ciencia cognitiva clásica de otros enfoques. En particular, primero se propone que se utilice un vocabulario cognitivo para capturar regularidades a nivel semántico de descripción. Se argumenta entonces que el vocabulario cognitivo es una marca de lo clásico, porque es un vocabulario que es utilizado por los científicos cognitivos clásicos, pero que no es empleado por sus homólogos coneccionistas o encarnados.

El vocabulario cognitivo se utiliza para capturar regularidades a nivel cognitivo que no pueden capturarse a nivel físico o simbólico (Pylyshyn, 1984). “Pero, ¿qué tipo de regularidades pueden ser estas? Ya se ha dado la respuesta: precisamente las regularidades que vinculan metas, creencias y acciones juntas de manera racional” (p. 132). En otras palabras, el vocabulario cognitivo captura regularidades al describir relaciones significativas (es decir, racionales) entre los contenidos de las representaciones mentales. Es el vocabulario utilizado cuando se adopta la postura intencional (Dennett, 1987) para predecir comportamientos futuros o cuando se explica a un agente a nivel de conocimiento (Newell, 1982, 1993).

Tratar a un sistema a nivel de conocimiento es tratarlo como que tiene algunos conocimientos y algunas metas, y creer que hará lo que esté a su alcance para alcanzar sus metas, en la medida en que su conocimiento lo indique. (Newell, 1982, p. 98)

El poder del vocabulario cognitivo es que utiliza relaciones significativas entre los contenidos mentales para explicar el comportamiento inteligente (Fodor & Pylyshyn, 1988). Por ejemplo, los tokens significativos y complejos son posibles porque la semántica de tales expresiones se define en términos del contenido de sus símbolos constituyentes, así como las relaciones estructurales que mantienen entre estos constituyentes. La explotación del vocabulario cognitivo de la estructura constituyente conduce a la sistematicidad de las teorías clásicas: si se pueden procesar algunas expresiones, entonces se garantiza que otras expresiones también pueden procesarse debido a la naturaleza de las estructuras constituyentes. Esto a su vez permite que las teorías clásicas sean productivas, capaces de generar una infinita variedad de expresiones a partir de recursos finitos.

Algunos teóricos clásicos han argumentado que otros enfoques en la ciencia cognitiva no plantean las relaciones estructurales entre los contenidos mentales que son capturados por el vocabulario cognitivo (Fodor & Pylyshyn, 1988). Por ejemplo, Fodor y Pylyshyn (1988) afirmaron que aunque las teorías coneccionistas son representacionales, no son cognitivas porque explotan un tipo de relación muy limitada entre los contenidos representados.

Las teorías clásicas no están de acuerdo con las teorías coneccionistas sobre lo que las relaciones primitivas tienen entre estas entidades portadoras de contenido. Las teorías coneccionistas reconocen solo la conexión causal como una relación de principios entre los nodos; cuando sabes cómo fluyen la activación y la inhibición entre ellos, sabes todo lo que hay que saber sobre cómo se relacionan los nodos en una red. (Fodor y Pylyshyn, 1988, p. 12)

En consecuencia, argumentaron Fodor y Pylyshyn, los modelos coneccionistas no son componenciales, ni sistemáticos, ni siquiera productivos. De hecho, debido a que no utilizan un vocabulario cognitivo (en pleno sentido clásico), el conexionismo no es cognitivo.

Se pueden hacer argumentos relacionados contra posiciones que han jugado un papel central en la ciencia cognitiva encarnada, como el enfoque ecológico de la percepción defendido por Gibson (1979). Fodor y Pylyshyn (1981) han argumentado en contra de la noción de percepción directa, que intenta interpretar la percepción como una captación directa de información sobre el trazado de una escena; es decir, adquirir esta información sin el uso de inferencias de contenidos cognitivos: “La dificultad fundamental para Gibson es que 'sobre' (como en 'información sobre el diseño en la luz') es una relación semántica, y Gibson no tiene en cuenta en absoluto lo que es reconocer una relación semántica” (p. 168). Fodor y Pylyshyn argumentaron que la única noción de información de Gibson implica la correlación entre estados de cosas, y que esta noción es insuficiente porque no es tan poderosa como la noción clásica de relaciones estructurales entre contenidos cognitivos. “La noción semántica de información que Gibson necesita depende, hasta donde cualquiera sabe, precisamente de la construcción de representación mental que deplora” (p. 168).

De la discusión anterior queda claro que Pylyshyn utilizó el vocabulario cognitivo para distinguir los modelos clásicos de las teorías conexionistas y encarnadas. Esto no quiere decir que creyera que los enfoques no clásicos no tienen contribuciones que hacer. Por ejemplo, en el Capítulo 8 consideramos en detalle su teoría de ver y visualizar (Pylyshyn, 2003c, 2007); se argumenta que se trata de una teoría híbrida, porque incorpora elementos de las tres escuelas de pensamiento en la ciencia cognitiva.

Sin embargo, uno de los elementos clave de la teoría de Pylyshyn es que la visión es bastante distinta de la cognición; ha hecho un argumento extendido a favor de esta posición. Cuando apeló a las redes conexionistas o encarnó el acceso al mundo, lo hizo en su relato de procesos visuales, y no cognitivos. Su opinión ha sido que tales procesos sólo pueden estar involucrados en la visión, porque no apelan al vocabulario cognitivo y por lo tanto no pueden ser vistos como procesos cognitivos. En definitiva, el vocabulario cognitivo es visto por Pylyshyn como una marca de lo clásico.

¿El vocabulario cognitivo es una marca de lo clásico? Podría ser—siempre que el nivel semántico de explicación capte regularidades que no pueden expresarse ni a nivel físico ni simbólico. Pylyshyn (1984) argumentó que este es efectivamente el caso, y que los tres niveles diferentes son independientes:

La razón por la que necesitamos postular contenido representacional para estados funcionales es para explicar la existencia de ciertas distinciones, restricciones y regularidades en el comportamiento de al menos los sistemas cognitivos humanos, que a su vez parecen ser expresables solo en términos del contenido semántico de lo funcional estados de estos sistemas. La principal de las limitaciones es algún principio de racionalidad. (Pylyshyn, 1984, p. 38)

Sin embargo, no está del todo claro que en la práctica de la ciencia cognitiva clásica, particularmente en el desarrollo de modelos de simulación por computadora, el nivel cognitivo sea distinto del nivel simbólico. En cambio, los investigadores clásicos se adhieren a lo que se conoce como lema del formalista (Haugeland, 1985). Es decir, las regularidades semánticas de un modelo clásico emergen de las regularidades preservadoras de la verdad, pero sintácticas, a nivel simbólico.

Si las reglas formales (sintácticas) especifican los textos relevantes y si la interpretación (semántica) debe dar sentido a todos esos textos, entonces simplemente jugar según las reglas es en sí misma una forma infalible de tener sentido. Obedece las reglas formales de la aritmética, por ejemplo, y tus respuestas seguramente serán ciertas. (Haugeland, 1985, p. 106)

Si esta relación se mantiene entre sintaxis y semántica, entonces el vocabulario cognitivo no está capturando regularidades que no pueden capturarse a nivel simbólico.

El lema del formalista es consecuencia de la hipótesis del sistema de símbolos físicos (Newell, 1980; Newell y Simon, 1976) que permitió a la ciencia cognitiva clásica reemplazar el dualismo cartesiano por el materialismo. Fodor y Pylyshyn (1988, p. 13) adoptan la hipótesis del sistema de símbolos físicos, y aceptan tácitamente el lema del formalista: “Debido a que las representaciones mentales clásicas tienen estructura combinatoria, es posible que las operaciones mentales clásicas se apliquen a ellas por referencia a su forma”. Obsérvese que en esta cita, las operaciones se refieren a propiedades formales y no semánticas; se conserva la semántica siempre que exista una relación especial entre las restricciones sobre las manipulaciones de símbolos y las restricciones sobre el contenido simbólico.

Para resumir esta sección: La naturaleza interdisciplinaria de la ciencia cognitiva surge porque los sistemas cognitivos requieren explicaciones en múltiples niveles. Dos enfoques de múltiples niveles se encuentran comúnmente en la literatura de ciencia cognitiva. La primera es la hipótesis de tres niveles de Marr (1982), que requiere que los sistemas cognitivos se expliquen a nivel implementacional, algorítmico y computacional. Se argumenta anteriormente que las tres escuelas de pensamiento en la ciencia cognitiva se adhieren a la hipótesis de tres niveles. Aunque en cada nivel se encuentran diferencias técnicas entre la ciencia cognitiva clásica, conexionista y encarnada, los tres enfoques parecen consistentes con el enfoque de Marr. La hipótesis de tres niveles no puede utilizarse para distinguir una ciencia cognitiva de otra.

El segundo es un enfoque de tres niveles que surge de la hipótesis del sistema de símbolos físicos. Argumenta que el procesamiento de la información requiere explicación en tres niveles independientes: el físico, el simbólico y el semántico (Dennett, 1987; Newell, 1982; Pylyshyn, 1984). Los niveles físico y simbólico en este enfoque tienen una relación bastante fuerte con los niveles implementacional y algorítmico de Marr (1982). El nivel semántico, sin embargo, difiere del nivel computacional de Marr en llamar a un vocabulario cognitivo que capte regularidades apelando a los contenidos de las representaciones mentales. Este vocabulario cognitivo ha sido propuesto como una marca de lo clásico que distingue a las teorías clásicas de las propuestas por investigadores conexionistas y encarnados. Sin embargo, se ha sugerido que esta visión puede no sostenerse, porque el lema del formalista dificulta la defensa de la propuesta de un vocabulario cognitivo independiente.