Modelos computacionais de redes neuronais

Os sistemas de redes neuronais são sistemas computacionais inspirados na estrutura neural de organismos inteligentes. Estes sistemas permitem descrever comportamentos humanos ou solucionar problemas, através da simulação do cérebro humano.

Segundo o neurofisiologista Warren McCulloch e o matemático Walter Pitts, os neurónios somam informação de outros neurónios e o seu comportamento pode ser descrito em função da soma das suas entradas (McCulloch & Pitts, 1943). A informação, ou seja, os impulsos nervosos entre neurónios, é estabelecida através de sinapses — zonas que medeiam a transferência de informação. Segundo as estimativas, cada neurónio no córtex cerebral pode ter até 4.000 sinapses e cada sinapse mantém uma taxa de transferência de informação que pode ser aumentada ou diminuída produzindo um sinal excitatório ou inibitório. Quando um neurónio receptor pós- sináptico recebe mais informação excitatória que inibitória, esse neurónio torna-se activo, estabelecendo-se fisicamente uma ligação mais forte entre os dois neurónios, de outra forma, se o sinal recebido for inibidor, a sinapse torna- se fraca ou é interrompida. Segundo Donald Hebb (1949), todo o conhecimento é baseado na modificação das ligações sinápticas, por conseguinte, as redes neuronais artificiais são uma abstracção dos fenómenos físicos envolvidos, onde a estruturação dos dados é baseada em interligações —sinapses — entre nós ou unidades de processamento — os neurónios.

Um dos primeiros e mais populares modelos de leitura de redes neuronais entre os psicólogos é o Interactive Activation

Model (McClelland & Rumelhart 1981). O modelo parte do

pressuposto que a percepção visual envolve processamento espacial paralelo e que pode ser descrito através de um sistema de processamento multinível em que, a cada nível, a dado input se forma uma representação abstracta de natureza diferente. De um modo geral, podemos afirmar que o modelo proposto, é uma extensão do modelo genérico de reconhecimento paralelo

da letra já enunciado, implementado no âmbito de um modelo computacional. A grande vantagem é a de permitir uma simulação computacional que comprove dados empíricos.

No modelo proposto por McClelland & Rumelhart a percepção da palavra resulta de interacções excitatórias ou

inibitórias entre vários níveis. O modelo supõe a existência de um nível de detectores visuais para as principais características das letras, um nível de detectores das letras e um nível de detectores da palavra, pressupondo ainda, a existência de níveis superiores de processamento capazes de fornecer feedback, validando informação segundo uma estratégia top-down, no subnível de detecção da palavra. Desta forma, na resposta a um estímulo visual de uma palavra, são captadas algumas características das letras — por ex.: linhas verticais, linhas horizontais, diagonais, etc. — e excitados os detectores das letras, consistentes com as características extraídas. Todas as letras que não possuam tais características são inibidas. Por sua vez, os detectores das letras, activam os detectores das palavras consistentes com os detectores das letras excitados, inibindo todos os outros. Por fim, para dada posição da letra na palavra, os vários detectores de palavras possíveis, competem entre si, excitando-se ou inibindo-se mutuamente e enviando feedback para os detectores das letras que, por sua vez, reforçam a activação dos detectores das palavras consistentes com as letras na respectiva posição, de modo que, a palavra percebida será a palavra correspondente à palavra com maior activação. Na figura 7, o diagrama exemplifica o funcionamento do modelo para uma letra T na primeira posição da palavra, para um número restrito de nós vizinhos.

Os progressos feitos no desenvolvimento de modelos computacionais têm permitido uma melhor compreensão dos comportamentos de leitura. No artigo A distributed,

Developmental Model of Word Recognition and Naming,

Seidenberg & McClleland propõem um modelo computacional de reconhecimento da palavra dependente de aspectos ortográficos e fonológicos. O modelo parte do reconhecimento de cada letra na

palavra, transformando a informação da letra em informação fonética — um requisito considerado essencial no

reconhecimento da palavra — permitindo gerar pronunciações correctas de palavras monossilábicas e simular inúmeros aspectos de performance do leitor.

Não nos interessa aqui descrever de forma exaustiva o modelo em causa, mas antes perceber quais as novas variáveis que os investigadores consideraram pertinentes ao modelo e de que forma se relacionam, uma vez que constituem novos factores passiveis de influenciar o acto da leitura.

Seidenberg & McClleland (1989) consideram o

reconhecimento e a pronunciação de palavras, questões centrais na investigação do processo de leitura. De acordo com os autores, e reportando-nos à Língua Inglesa, aprender a ler implica a

compreensão de duas características básicas da escrita. A primeira tem a ver com o princípio alfabético de que a ortografia é uma representação sistemática entre a palavra falada e escrita, e a segunda, com a ocorrência e distribuição de padrões lexicais válidos na linguagem.

A primeira característica envolve a compreensão do código

Figura 7 Na figura, as ligações

excitatórias são representadas por linhas com terminações em forma de seta, ao passo que as ligações inibitórias são representadas por linhas terminadas por pontos (McClelland & Rumelhart 1981, p. 380).

de escrita. De um modo geral, a escrita enquanto representação da linguagem falada, estabelece uma associação entre as

unidades da escrita — grafemas — e as unidades do discurso oral — fonemas —, todavia tal correspondência está longe de ser regular, uma vez que existem vários factores que competem para inconsistências entre a linguagem falada e escrita. Segundo os autores, um desses factores tem a ver com o facto de, no sistema de escrita, ser igualmente codificada informação morfológica. Segundo os autores e de acordo com as argumentações de Chomsky e Halle (Seidenberg & McClleland 1989, p. 524), no Inglês escrito a informação fonética é codificada apenas se a sua derivação não depender de regras condicionadas pela estrutura morfológica da palavra. Por exemplo, palavras como

Sign e Bomb preservam na sua forma escrita, a informação

morfológica das palavras Signature e Bombard, porém as pronunciações entre os pares Sign–Signature e Bomb–Bombard são diferentes. Outro factor de inconsistência reside nas alterações diacrónicas na linguagem; enquanto a forma escrita se mantém essencialmente a mesma ao longo do tempo, a forma verbal tem um tempo próprio e as suas sucessivas alterações no tempo contribuem para irregularidades entre a soletração e o som. Também outros factores, embora menos frequentes, como as reformas ortográficas ou as apropriações de lexemas estrangeiros competem na discrepância entre o discurso e a escrita.

A inconsistência entre a pronúncia e a escrita não afecta todas as Línguas da mesma forma. Segundo Albert J. Mazurkiewiez (1976), professor e investigador da Universidade de New Jersey, o Espanhol, o Finlandês e o Italiano são as Línguas onde existe uma maior regularidade na correspondência entre grafemas e fonemas. No Italiano em particular, existem 27 fonemas representados por 28 letras ou combinações de letras, o que em termos percentuais significa uma razão de 96%, ao passo que, de acordo com tabelas ortográficas encontradas em alguns dicionários integrais da Língua Inglesa, o Inglês possui cerca de 340 a 360 formas de representar os 44 fonemas neles

referenciados, correspondendo a uma razão de 12 a 13%. A segunda característica básica da escrita (Seidenberg & McClleland 1989) tem a ver com o facto de, entre todas as combinações possíveis das 26 letras do alfabeto latino, só uma ínfima percentagem corresponder a sequências de caracteres válidas, capazes de gerar palavras numa determinada Língua. Tais combinações, formam padrões lexicais característicos que ocorrem na escrita segundo uma dada frequência e que determinam a redundância ortográfica característica de uma Língua. De acordo com os autores, tais padrões funcionam como condicionamentos na forma escrita e desempenham um papel importante no processo de leitura, uma vez que a descriminação de um vocábulo entre outros, acontece a partir de uma sequência de caracteres e é em parte, influenciada pelo conhecimento prévio de sequências válidas — estudos revelam que os leitores experientes, perante os inexperientes, beneficiam desse conhecimento.

Segundo os autores, a redundância ortográfica revela indícios sobre as estruturas lexicais, como as sílabas e os morfemas, uma vez que, a forma escrita como representação de um discurso reflecte os condicionamentos de ordem fonética do sistema articulatório-motor. Por conseguinte, as sílabas traduzem as sequências fonéticas possíveis, limitadas pela capacidade humana da articulação de sons. Seidenberg & McClleland dão-nos o exemplo da sequência de letras GP e constatam que, o facto de estas nunca aparecerem no inicio de uma palavra, deve-se a constrangimentos fonotáticos15 _{na sua}

correspondência fonética. A mesma sequência de letras aparece porém, na divisão entre duas sílabas, que segundo os estudos, demonstra a existência de maiores constrangimentos fonéticos em sequências intra-silábicas que em sequências inter-silábicas. Assim, os padrões de letras no interior das sílabas tendem a ser mais frequentes que os padrões de letras limítrofes.

Embora a distribuição fonética das sílabas verbais esteja

representada nas sequências de letras na escrita, a sua

correspondência grafema–fonema contínua a não ser totalmente transparente, pelo facto de que palavras semelhantes em

ortografia, como são exemplo os pares de palavras Waive–Naive,

Baked–Naked e Dies–Diet, diferirem entre si na sua estrutura

silábica. Tal situação, acontece de igual modo se levarmos em conta a estrutura morfológica das palavras, onde mais uma vez se notam inconsistências entre os vocábulos derivados e os seus radicais.

Portanto, de acordo com Seidenberg & McClleland (1989), o conhecimento da ortografia por parte do leitor é construído com base numa complexa teia de inter-relações entre padrões de letras, fonemas, sílabas e morfemas, que no caso do Inglês escrito, o caracterizam como um sistema quasi-regular, uma vez que a codificação da linguagem falada, embora sistemática, admite inúmeras irregularidades.

Os aspectos sistemáticos da escrita, tais como as

condicionantes nas combinações de letras e a correspondência entre soletração e o som, são factores que facilitam o acto de leitura, razão pela qual o ensino da leitura em tenra idade, em sistemas quasi-regulares como o Inglês, deve ser feito de forma faseada — inicialmente com base no contacto das regularidades soletração–som e só mais tarde, quando a criança possuir vocabulário suficiente, devem ser introduzidos os aspectos de redundância ortográfica.

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A abstracção visual