Nível Computacional

Esta subseção descreve o nível Computacional do modelo proposto, o qual busca agregar as diferentes concepções e proposições discutidas nos capítulos anteriores enquanto considera o suporte aos processos cognitivos e a produção dos comportamentos e resultados desejados.

A teoria do desenvolvimento cognitivo proposta por Jean Piaget (Gruber & Voneche, 1977) contém quatro estágios e aponta para um processo hierárquico de aquisição de conhecimentos e habilidades. Estudos mais recentes (Hirtle & Jonides, 1985; Haxby et al., 1994; Schneider & Logan, 2006) corroboram com Piaget fornecendo novos indicadores de que os processos cognitivos se desenvolvem de modo hierarquizado. Observa-se que muitos destes processos cognitivos são modulares em termos da informação que processam (Marr, 1982; Gardner, 1983; Scholl & Leslie, 1999) ou são classificados considerando os substratos neurais em que operam: Células de Posição (O´Keefe & Dostrovsky, 1971; O´Keefe, 1976; Wilson & McNaughton, 1993; Mittelstaedt & Mittelstaedt 1980); ou Células de Direção (Ranck, 1984; Taube et al., 1990); ou Células de Grade (Fhyn et al. 2004; Hafting et al., 2005). Entretanto, outros estudos (McGurk & MacDonald, 1976; McClamrock, 1989; Golob & Taube, 1997; Fodor, 2000; Greve et al., 2006) sugerem a existência de processos cognitivos atravessando os limites entre módulos. Assim, a proposição de um modelo computacional que intencione reproduzir o comportamento de um sistema cognitivo biológico

ou mesmo parte deste, requer uma esquematização capaz de comportar diferentes níveis de processamento e modularidades, bem como suas interdependências. Modelos que consideram representações e processos cognitivos hierarquicamente executados foram anteriormente propostos por Kuipers & Byun (1991), Kuipers (2006) e Weng (1995, 2006), entre outros.

A estrutura do modelo cognitivo proposto nesta tese é sintetizada na Figura 6 e compõe-se de quatro camadas interconectadas que realizam representações e processos cognitivos distintos. A composição de módulos cognitivos com finalidades específicas é transversal à hierarquia de camadas cognitivas e considera que diferentes módulos executam diferentes funções simultaneamente. Alguns módulos requerem atividades em todas as camadas cognitivas, outros, em função de suas especificidades, restringem sua atuação às camadas inferiores, intermediárias ou superiores. A ocorrência de interdependências determina a sobreposição dos módulos envolvidos, como por exemplo, os módulos III e IV da Figura 6. A seguir, cada camada é descrita considerando as entradas, os processos envolvidos, as respectivas saídas, bem como algumas interdependências visualizadas.

Figura 6 – Estrutura do modelo cognitivo proposto. A divisão em camadas representa a hierarquização de processos cognitivos distintos e as possíveis interdependências. A realização de tarefas específicas é representada pela definição de módulos tranversais à estrutura de camadas, segundo a localização dos processos envolvidos.

1 Sensorial Perceptivo: Esta camada é o ponto de entrada dos sistemas sensoriais e

forma o substrato perceptivo básico que compreende os processos de extração e codificação de informações. As leituras dos sistemas sensores são processadas sob diferentes perspectivas produzindo sinais que são entradas adequadas aos módulos neurais das camadas superiores. Deste modo, um único fluxo sensorial pode originar vários fluxos perceptivos. Um exemplo de processo desta camada é a extração de

informações sobre a localização de obstáculos a partir das informações contidas nas leituras do sistema sensor.

2 Mapeamento Básico: Nesta camada, o objetivo é a obtenção de mapeamentos sobre

os espaços perceptivos (8). Assim, cada mapeamento básico atua em um único espaço perceptivo Ե e produz uma base de conhecimento intimamente ligada à forma com que o agente percebe o ambiente. Tais mapeamentos produzem representações que subsidiam capacidades de reconhecimento e abstração considerando apenas elementos sensoriais básicos. As saídas do nível sensorial perceptivo são tratadas como fluxos perceptivos ࣠Ե (9) e mapeadas como traços de memória (Bartllet, 1932), colagens cognitivas (Tversky, 1993). A ocorrência de percepções similares produz lembranças que podem disparar um processo cognitivo específico, memória procedimental (Graf & Schacter, 1985; Schacter, 1987) ou subsidiar processos cognitivos superiores. Um exemplo de mapeamento básico é a percepção do layout espacial no entorno do agente produzindo um conjunto de Células de Grade (Fhyn et al., 2004; Hafting et al., 2005; Solstad et al., 2007).

3 Mapeamento Superior: Compõe-se de módulos neurais e processos cognitivos que

congregam informações originárias de processos cognitivos e mapeamentos inferiores, produzindo novas representações e abstrações. Os mapeamentos desta camada podem considerar a fusão de mapeamentos inferiores produzindo associações entre percepções de diferentes sistemas sensoriais. Tais mapeamentos poderiam considerar associações temporais ou de localidade, assim, as representações produzidas nessa camada poderiam, em tese, suportar memórias episódicas (Tulving, 1972, 2002) necessárias à obtenção de associações temporais (Hassabis et al., 2007; Schacter & Addis, 2007) e memórias semânticas (Tulving, 1972) associadas à aquisição de significados e a associação destes com elementos do ambiente ou mesmo elementos abstratos. Os mapeamentos desta camada poderiam ainda produzir Células de Posição (O´Keefe & Dostrovsky, 1971; O´Keefe, 1976; Wilson & McNaughton, 1993) com ativação correlacionada a associações entre caracteres (traços definidores de características do ambiente) reconhecidos em diferentes fluxos sensoriais. Um mapeamento conjugando diferentes mapeamentos inferiores poderia produzir o conceito de marca (Muller & Kubie, 1987; Muller et al., 1987; Sharp et al., 1990) e subsidiar o processo cognitivo de reconhecimento de lugares. Outros mapeamentos

poderiam ser empregados na obtenção de representações de lugares e subsidiar processos cognitivos que objetivam a determinação de rotas ou caminhos.

4 Processos Cognitivos Superiores: A abrangência cognitiva desta camada envolve

todo o conteúdo neuropsicológico descrito nas Subseções 2.2 e 3.1. Ou seja, os elementos utilizados na obtenção de processos cognitivos especializados, como por exemplo, a determinação de caminhos entre dois ou mais lugares distintos ou o planejamento e execução de comportamentos exploratórios pró-ativos de alcance global. Nesta camada, o desenvolvimento das capacidades cognitivas requeridas por uma determinada tarefa recebe como entrada as saídas dos processos dos níveis inferiores e pode considerar a aplicação de diferentes tipos de abordagens, tais como: redes neurais, algoritmos de busca e, algoritmos genéticos.

As quatro camadas descritas acima compõem o modelo teórico proposto como subsídio para a definição dos elementos que compõe o nível Representacional/Algorítmico. A visualização de cada tarefa como um conjunto de processos cognitivos hierárquicos e possivelmente modulares permite distinguir sub-processos bem como seus respectivos algoritmos. Além disso, o modelo proposto é biologicamente plausível suportando os requisitos de hierarquização, modularidade e interdependências dos processos cognitivos e substratos neurais observados em animais.