Approccio alla modellizzazione dei processi cognitivi: rapporti tra Psicologia e Scienze dell Artificiale

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1 Valentini Day della Facoltà di sicologia, Università degli Studi di Roma Approccio alla modellizzazione dei processi cognitivi: rapporti tra sicologia e Scienze dell Artificiale F. estilli*, A. M. Gadomski^, M. Olivetti Belardinelli* *Dipartimento di sicologia, Università La Sapienza, Roma. ^ ENEA Ente per la la nuove Tecnologie l Energia e l Ambiente. ECONA Centro Interuniversitario sull Elaborazione Cognitiva in in Sistemi Naturali e Artificiali I I

2 Valentini Day della Facoltà di sicologia, Università degli Studi di Roma A) Si può costruire un modello della cognizione indipendente dalla struttura dell oggetto modellizzato? B) Si può costruire un modello della cognizione indipendente dalla conoscenza delle funzioni modellizzate? C) ossono esservi leggi di base che permettono di costruire un unico modello capace di affrontare entrambe le precedenti domande?

3 BIBLIOGRAFIA [0] D. J. Amit, Modellizzare le funzioni del cervello,cedam, adova,1995. [1] L. Foner, What's an Agent?, MIT, 1999, [2] S. Franklin and A. Graesser, Is it an Agent, or just a rogram?: A Taxonomy for Autonomous Agents, Istitute for Intelligent System University of Memphis, 1996, [3] A.M.Gadomski. From now-how to How-to-now: An Approach to nowedge Ordering for Specification of Complex roblems : TOGA methodology. Materials of "International Symposium on Computational Intelligence", Milan, Italy, Sept.1989 [4] A.M.Gadomski. TOGA: A Methodological and Conceptual attern for modeling of Abstract Intelligent Agent. roceedings of the "First International Round-Table on Abstract Intelligent Agent". A.M. Gadomski (editor), Jan.1993, Rome, ublished by ENEA, Feb [5] A.M.Gadomski, J.M.Zytkow. Intelligent Agents: aradigms, Foundations and Expectations (paper html). The roceedings of the Second International Round- Table on Abstract Intelligent Agent, AIA94, Feb., Rome, [6] A. M.Gadomski, S. Bologna, G.DiCostanzo, A.erini, M. Schaerf. An Approach to the Intelligent Decision Advisor (IDA) for Emergency Managers, To be presented at TIEMS'99. The Sixth Annual Conference of the International Emergency Management Society,Delft, Netherlands, June 8-11, [7] T. Järvilehto, The Theory Of The Organism-Environment System: Iv. The roblem Of Mental Activity And Consciousness, [8] D. E. Meyer & D. E. ieras, recis to aq ractical Unified Theory of Cognition and Action: Some Lessons from EIC Computational Models Of Human Multiple Task erformance, Attention and erformance XVII (pp ), Cambridge, MA: MIT ress, [9] M. Olivetti Belardinelli, La costruzione della realtà (Terza edizione, ampliata), Boringhieri, Torino. [10] R.Teigen, Intelligent Agents, University of Toronto, 1997, [11] What is an agent?, The Hebrew University, CS Department, DAI Laboratiry, 1995,

4 Valentini Day della Facoltà di sicologia, Università degli Studi di Roma INTRODUZIONE Nello studio della cognizione si contrappongono principalmente due approcci: 1) fondato sullo studio del cervello: si ritiene che la cognizione possa essere studiata da una prospettiva della mente essenzialmente biologica. [0] come il risultato della azione complessa di alcune particolari strutture biologiche; 2) fondato sullo studio della mente: si ritiene che la cognizione possa essere studiata indipendentemente dall analisi delle strutture biologiche portatrici, dal momento che le sue funzioni dipendono dalla elaborazione dell informazione proveniente dall esterno. Questa contrapposizione può essere superata affrontando il problema da un punto di vista sistemico [7][9], considerando sia i sistemi subsimbolici (biologici) che i sistemi simbolici (mentali) come elaboratori di informazione di diverso ordine.

5 Valentini Day della Facoltà di sicologia, Università degli Studi di Roma Il presente lavoro rientra in una serie di ricerche volte ad organizzare una Teoria Unificata della Cognizione (vedi tra l altro il recentissimo Meyer and ieras, 1999)[8] definita ad un livello di astrazione superiore quello della distinzione tra simbolico e subsimbolico. In modo tale da descrivere attraverso un unico modello operativo entrambi i punti di vista. Sia l approccio teorico sia quello metodologico ad una TUC prevedono l utilizzo di un unico sistema formale per la definizione della piattaforma concettuale comune, al fine di fornire: a) un organizzazione concettuale della conoscenza; b) una rappresentazione concettuale della conoscenza. Scopo del presente lavoro è la costruzione di un modello computazionale mediante l integrazione di tecniche di ricerca cognitiva nell ambito dell Intelligenza Artificiale. I2

6 LE TEORIE DI RIFERIMENTO Teoria dei sistemi (o Scienza dei sistemi) raccoglie un area abbastanza ampia di studi, caratterizzati da un approccio scientifico riduzionistico che suddivide i problemi in vari problemi componenti. Un sistema si può definire come un insiemi di parti in interazione, dove ogni parte può essere a sua volta considerata come un sistema [9]. La teoria TOGA (Top-down, Object-based, Goaloriented, Approach) [3,4] è un sistema di framework concettuali ed una metodologia per la specificazione di problemi complessi, uno strumento di rappresentazione e ordinamento della conoscenza, indipendente dal contesto. -il suo Approccio é: - sistemico, -modulare, - ricorsivo. Il tipo di formalizzazione della conoscenza proposta nella teoria la rende utile strumento operativo per la descrizione di modelli cognitivi naturali e artificiali. TOGA è costituita da tre principali sottoteorie (fig. 1) che nell insieme forniscono una soluzione ai problemi della TUC a) organizzazione, b) rappresentazione concettuale. La teoria propone un architettura (Fig. 2) per l implementazione dell elaborazione dell informazione all interno dei sistemi, definita dalla triade concettuale I (Information, references, nowledge) [3,4,5,6].

7 Valentini Day della Facoltà di sicologia, Università degli Studi di Roma L architettura I è stata ideata da Gadomski per la realizzazione di sistemi intelligenti (definiti agenti intelligenti o personoidi [6, WEB]). Allo stadio attuale della presente ricerca emerge che la rappresentazione concettuale dell architettura I può essere applicata anche alla descrizione di sistemi non intelligenti con particolare riguardo contesti di problem solving o decision making.

8 IL CONCETTO DI AGENTE INTELLIGENTE Il problema della definizione di cosa sia un agente non è una cosa semplice da risolvere, impegna attualmente la maggior parte degli studiosi del campo [1][2][10][11]. uò essere definito in TOGA come un sistema che reagisce (più o meno autonomamente) a modificazione del suo ambiente producendo a sua volta una modificazione dell equilibrio. Assunzioni fondamentali della teoria sono: - L agente non può essere definito indipendentemente dal suo dominio di attività; ciascuno dei due può essere decomposto in ulteriori agenti e domini; - Informazioni, referenze e Conoscenze (I,,) sono solo e comunque proprietà interne degli agenti (dei sistemi); - I,, sono concetti relativi e dipendenti dal contesto applicativo, o dal livello di astrazione. L utilità dell uso del concetto di agente è quella della costruzione di un continuum concettuale tra elaboratori di informazioni semplici, più o meno reattivi, come i neuroni (agenti reattivi) e complessi (agenti intelligenti). ROOSTA: Agente= modello generale di elaborazione dell informazione. Con l introduzione del concetto di agente si può vedere neuroni ed uomini sulla stessa sequenza continua di passi che dalla reattività portano alla intelligenza, attraverso un (non lineare) aumento della complessità delle elaborazioni dell informazione (fig.3).

9 ER UNA TEORIA FORMALE DELLA COGNIZIONE La teoria TOGA è utile per la ricerca nelle scienze cognitive, in ottica sistemica, proponendo una indistinzione tra soggetto e oggetto, all interno di una struttura altamente formale [3, 4, 6]. Si propone di utilizzare il concetto di agente intelligente, all interno della teoria TOGA, come strumento per la modellizzazione d elaborazione delle informazioni nei processi cognitivi. La TOGA fornisce gli strumenti per la descrizione dei dati sperimentali cognitivi in modo che possano essere inseriti all interno della sua architettura (I) per la costruzione di un agente intelligente. Realizzando un agente con architettura I, basato sui processi cognitivi sperimaentali, si ottiene: - verifica della applicabilità di TOGA alla descrizione della cognizione, come teoria ad alto livello di astrazione. - definizione di un modello formale, in ottica sistemica, della cognizione. Attraverso il concetto di agente, e la teoria TOGA si ha la possibilità di modellizzare la cognizione ad un livello di astrazione per cui non esiste distinzione tra simbolico e subsimbolico. È possibile vedere entrambi gli aspetti come processi di elaborazione di informazioni di diverso ordine, all interno di un unica sistema concettuale.

10 Valentini Day della Facoltà di sicologia, Università degli Studi di Roma I si basa sui seguenti concetti di base: - I: informazione- -come la situazione può essere descrita -stati attuali del dominio di attività - : preferenze - -un ordinamento degli ipotetici stati di attività -cosa è più importante - : conoscenza - -come si può schematizzare la situazione (descrittiva) -cosa si può fare (operativa) - Scopo- -quale stato del dominio si deve raggiungere Info.1 CONOSCENZA Scopo REFERENZE MONADE:Unità fondamentale elaboratrice di informazioni. Info.2 MONADE Inf. S goal Inf. DS S Fig. 2 Inf. S

11 Valentini Day della Facoltà di sicologia, Università degli Studi di Roma TOGA è composta di tre elementi di base: Fig. 1 - Teoria degli Oggetti Astratti (TAO) - Sistema di Concettualizzazione della Conoscenza (NOCS) - Sistema delle Regole Metodologiche (MRUS) TAO: sistema di concettualizzazione indipendente TAO: dal dominio, è basato su 5 concetti fondamentali: Oggetto ogni entità astratta specificata dai suoi: nomi, attributi, valori, valori-contestuali; Relazione ogni tipo di relazione tra due oggetti, specificati da nome e attributi; Cambiamento (i) ogni operazione che produce un nuovo stato nel mondo degli oggetti; Mondo di Oggetti ogni rete isolata di oggetti e relazioni; Universo (i) ogni insieme di mondi di oggetti in relazione grazie ai loro elementi, dove il nome dell attributo del mondo procedente è nome di oggetto nell altro; NOCS: Sistema di assiomi e definizioni per la descrizione delle interazioni tra l agente astratto ed il suo ambiente;

12 MRUS: approccio metodologico all ordinamento della conoscenza per la specificazine di problemi complessi (ordinamento tipo Top-Down); le strategie fondamentali del MRUS sono relative all identificazione e specificazione del problema nel contesto di TAO e NOCS, attraverso un: meccanismo Top-down : procede da un livello molto astratto fino ai dettagli del problema; meccanismo Goal-driven : controlla le relazioni -tra il particolare oggetto e l obbiettivo (usando il concetto di unto di Vista )[3][4]. Agenti intelligenti: sistemi complessi con la capacita di agire sulla propria stessa organizzazione interna (attraverso la terminologia I capaci di modificare le loro stesse nowledge, e references) Agenti con diversi tipi di reattività Fig. 3 rimati Canidi... Formiche Aplisia... Agenti reattivi: sistemi semplici basati su feedback come termostati

13 SOMMARIO 1) Un sistema è un insieme di parti in interazione, dove ogni singola parte è un sistema di ordine diverso [7][9]; 2) Soggetto ed Oggetto possono solo essere definiti nella mutua relazione [4][7][9]; 3) TOGA propone un insieme di metodologie per l organizzazione e la rappresentazione concettuale della conoscenza sistemica [4]; 4) Un agente è un sistema in grado di compiere una modificazione dell equilibrio del sistema di ordine superiore [4][7][9]; 5) realizzare un agente cognitivo significa applicare la teoriadei sistemi alla modellizzazione della cognizione;l architettura I può essere applicata sia alla descrizione di sistemi intelligenti che a quella di sistemi non intelligenti; 6) riprodurre i risultati di un esperimento di psicologia cognitiva per mezzo di un agente definito dalla teoria TOGA significa validare un modello sistemico formale per la rappresentazione della cognizione ad un livello di astrazione superiore a quello della distinzione tra Soggetto e Oggetto. Valentini Day della Facoltà di sicologia, Università degli Studi di Roma