UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO DEPARTAMENTO DE PESQUISA RELATÓRIO TÉCNICO - CIENTÍFICO

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PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO DEPARTAMENTO DE PESQUISA

RELATÓRIO TÉCNICO - CIENTÍFICO

PERÍODO: 01/11/2015 a 31/07/2016 (X) PARCIAL ( ) FINAL IDENTIFICAÇÃO DO PROJETO

TÍTULO: Escola Experimental de Primatas: Desenvolvimento de um modelo experimental do comportamento simbólico potencial do macaco-prego

NOME DO ORIENTADOR: Olavo de Faria Galvão

TITULAÇÃO DO ORIENTADOR: Doutor em Psicologia (Psicologia Experimental) PROGRAMA: PG Neurociências e Comportamento

UNIDADE: Universidade Federal do Pará – Campus Guamá LABORATÓRIO: Escola Experimental de Primatas – EEP NOME DO CO-ORIENTADOR: Dionne Cavalcante Monteiro TITULAÇÃO DO ORIENTADOR: Doutor em Engenharia Elétrica FACULDADE: Computação

UNIDADE: Universidade Federal do Pará – Campus Guamá

LABORATÓRIO: Laboratório de Inteligência Artificial Aplicada – LAAI

TÍTULO DO PLANO DE TRABALHO: Teste de simetria após treino de linha de base de pareamento arbitrário ao modelo simultâneo e com atraso

NOME DO BOLSISTA: FERNANDO JARDEL JARDIM DOS SANTOS TIPO DE BOLSA: Nº 2015 – PPGNC

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1. INTRODUÇÃO

Segundo Deacon (1997) ao decorrer da evolução humana, os movimentos finos vem se adaptando às necessidades impostas pelo ambiente. Considerando os tipos de movimentos feitos pelas mãos do homem pré-histórico e compararmos com o homem contemporâneo, são claras as diferenças principalmente quanto à habilidade motora fina. Na atualidade, com o surgimento de novas tecnologias interativas, como é caso do tablet, nossos movimentos avançaram na utilização da tela sensível ao toque, passando a aprimorar diversos movimentos já presentes no repertório motor fino para executar diferentes tarefas.

Esses movimentos e toques em telas sensíveis ao toque são definidos pelos fabricantes dos aparelhos como flicks, algo como “pincelar” para a língua portuguesa.

Os flicks podem ser feitos com uma caneta, um pincel apropriado ou mesmo com os dedos do usuário. Há também os termos: “Tap” (bater levemente), “scroll” (rolar),

“pinch” (pinçar) e “slide” (deslizar) que descrevem a variedade de movimentos que as interfaces touchscreen permitem realizar.

A tecnologia touchscreen apresenta grande importância nas pesquisas sobre cognição e potencial simbólico, tanto em humanos quanto em não humanos. No caso da Escola Experimental de Primatas (EEP), da Universidade Federal do Pará (UFPA), a inclusão da tecnologia digital com as telas sensíveis ao toque já está com sua importância bastante consolidada, visto que muitos estudos já foram, e continuam sendo desenvolvidos, utilizando essas interfaces.

A EEP possui como um dos seus principais objetivos “A busca de demonstrações consistentes de que sujeitos não verbais são capazes de apresentar repertórios discriminativos relacionais generalizados e o estabelecimento do macaco- prego como possível modelo animal para investigar a aquisição de repertórios relacionais generalizados em humanos com atraso no desenvolvimento cognitivo”.

Partindo desse pressuposto, este estudo busca verificar se os macacos-prego são capazes de aprender o comportamento de arrastar estímulos na tela de um computador com a tecnologia touchscreen a fim de aumentar o repertório comportamental utilizado para cumprir tarefas que testam o potencial simbólico desta espécie.

Sobre tudo, este estudo busca verificar se os tipos de testes feitos com esses animais podem, no futuro, contribuir de alguma forma com o aprendizado de crianças que apresentem déficit de cognição ou atraso no desenvolvimento neuropsicomotor,

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utilizando de ferramentas virtuais para treinar desde habilidades motoras finas até a memória e a capacidade cognitiva.

2. JUSTIFICATIVA

Como citado anteriormente, a tecnologia touchscreen tem sido empregada como uma poderosa ferramenta para a propagação de pesquisas sobre cognição e potencial simbólico. A Escola Experimental de Primatas (EEP), da Universidade Federal do Pará (UFPA), desenvolveu, e continuam desenvolvendo, muitos estudos utilizando essas interfaces no objetivo de coletar dados que possam contribuir com o aprendizado de crianças que apresentem déficit de cognição ou atraso no desenvolvimento neuropsicomotor.

Diante destas informações, é necessário que sejam desenvolvidos softwares que possibilitem o coleta de dados sobre o comportamento cognitivo, a fim de contribuir para a melhoria da educação como um todo.

Como parte do projeto “Estabelecimento de relações entre estímulos em macacos-prego (Sapajus spp.): identidade, classes naturais e arbitrárias”, foi realizada uma reunião inicial com a presença de professores e alunos de mestrado das faculdades de Psicologia e Computação, nesta foi definido o desenvolvimento de um Software que funcionaria como um modelo experimental para obtenção de dados do comportamento cognitivo de indivíduos não verbais. O Arrasta! O qual funcionaria, basicamente, como um ambiente digital que permitiria, por meio de telas touchscreen, a interação do individuo com o ambiente em questão.

Segundo Pfleeger (2004) dentro do processo de desenvolvimento de Software, o termo “conhecimento específico” consiste em informações que são estritamente específicas de uma área. Como a proposta é o desenvolvimento de uma aplicação que irá analisar o comportamento cognitivo, temos a “cognição animal” como conhecimento específico deste processo.

Os animais, por meio de seus sistemas sensoriais, constantemente interagem com o meio em que vivem o que influencia, diretamente, na adaptabilidade e evolução de seus sistemas aferentes (sensoriais) e eferentes (motores, glandulares) que, em diferentes espécies, possuem diferentes graus de adaptabilidade durante a ontogênese.

Segundo Kandel (2013) no sistema nervoso foram identificados pontos que correspondem, diretamente, a cada ponto do corpo, o que levou à conclusão de que interagimos com o ambiente através de representações internas de nossos próprios

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corpos e do ambiente a nossa volta. Informações visuais, auditivas e proprioceptivas são extremamente importantes desde o planejamento até a finalização da execução do movimento. A ação voluntária só é possível porque algumas regiões do cérebro recebem estimulação de uma contínua corrente de informações cognitivas.

3. OBJETIVOS

Desenvolvimento de um software que emule um ambiente de testes que possibilite a obtenção de dados que verifiquem a possível emergência da relação simétrica após o treino com a mesma linha de base em sessões alternadas de pareamento simultâneo e com atraso em indivíduos não verbais.

4. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Elaboração de um software que faça uso da tecnologia touchscreen que possibilite a interação de Macacos-Prego;

• Coletar dados sobre o comportamento cognitivo de Macacos-Prego;

5. MATERIAIS E MÉTODOS

Para o desenvolvimento de uma aplicação, se faz necessário o uso de certas ferramentas de software que irão auxiliar no processo. Tais ferramentas compõem o ambiente de desenvolvimento no qual o programador irá trabalhar (PFLEEGER, 2004).

O Unity3D é um framework que possibilita o de desenvolvimento de programas e funciona, basicamente, como um corretor ortográfico e semântico de códigos de programação. Com ele é possível desenvolver algoritmos computacionais que compõem programas de computador por meio de linguagens de programação, neste caso foi utilizado a linguagem C# (Csharp), uma linguagem simples, poderosa, com tipagem segura e orientada a objetos.

Os recursos citados anteriormente foram, e estão sendo, utilizados no processo de desenvolvimento da aplicação em questão. A programação de softwares, basicamente, segue três passos comuns: Primeiro, são obtidas informações específicas do sistema, estas informações são denominadas de requisitos e descrevem características do mesmo, como: funcionamento, aparência e permissões. Segundo, inicia-se o processo de construção do software que é quando o programador, com auxílio do ambiente de desenvolvimento, irá desenvolver os códigos, nas linguagens de programação, seguindo as características descritas nos requisitos. Terceiro, consiste na

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validação do sistema que é verificar, junto ao cliente, se o software em desenvolvimento está de acordo com sua descrição (PFLEEGER, 2004).

O desenvolvimento do Arrasta, encontra-se, atualmente, no terceiro passo, quando uma versão protótipo foi validada junto a Escola Experimental de Primatas – EEP, que é responsável por fornecer os requisitos e validação dos mesmos.

6. RESULTADOS

Do dia 01 de Dezembro de 2015 a 23 de Fevereiro de 2016, foram desenvolvidas as seguintes atividades:

6.1. LEVANTAMENTO BIBLIOGRÁFICO

Levantamento Bibliográfico consiste em coletar e analisar os trabalhos referentes aos temas em questão, assim, com o objetivo de compreender a cognição animal e, ainda, o processo de desenvolvimento de software, realizou-se a leitura dos seguintes artigos:

• “Hand preference for tool use in capuchin monkeys (Cebus apella) is associated with asymmetry of the primary motor cortex”. Phillips K. A.

Thompson C. R. (2013);

• “Procedimentos de treino e teste de relações entre estímulos em Cebus apella”. Brino A. L. F. (2007);

• “An Introduction to Programming with C# Threads”. Andrew D. Birrell.

(2005).

Trabalhos estes que ajudaram na compreensão dos protocolos e técnicas de desenvolvimentos de software e no conhecimento sobre o funcionamento da cognição animal.

6.2. DESENVOLVIMENTO DO APLICATIVO

A coleta inicial dos requisitos ocorreu em reunião realizada na Escola Experimental de Primatas – EEP. Segue alguns dos principais requisitos:

Tabela 01: Lista inicial de requisitos do Arrasta

Nº Descrição dos Requisitos Prioridade 01 O Software deve conter um círculo interno; ALTA

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02 O Software deve conter um ciírculo de elementos externo; ALTA 03 O Software deve possibilitar que o usuário possa mover o círculo

interno até os limites do círculo externo;

ALTA 04 O Software deve possibilitar a interação do usuário com o

círculo interno por meio de tela sensível a toques (touchscreen); ALTA 05 O Software deve possuir uma resposta visual para quando o

círculo interno romper o círculo externo;

ALTA 06 O Software deve guardar o tempo do início ao fim da seção de

teste;

ALTA 07 O Software deve guardar as coordenadas cartesianas x, y e z do

círculo interno do início ao fim da seção de teste;

ALTA 08 O Software deve criar um arquivo com as informações do teste

(tempo e coordenadas cartesianas da movimentação do círculo interno);

ALTA

Fonte: Desenvolvido pelo Autor

Como alguns dos requisitos do Arrasta foram elaborados, se faz necessária a criação do diagrama de casos de uso que irá ilustrar algumas das funcionalidades do sistema, assim como, as ações que são permitidas aos usuários, segue o diagrama:

Figura 01: Diagrama de Caso de Uso que descreve algumas funcionalidades do Arrasta

Seguindo os requisitos do sistema de números 01, 02 e 03, a interface foi desenvolvida com auxilio do framework Unity3D:

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Figura 02: Círculo Interno

Figura 03: Círculo Interno e Círculo de Elementos Externo

Este trecho do código fonte do Software é responsável pela implementação das propriedades de mover objetos em tela utilizando a tecnologia touchscreen:

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Código 01: Função de interação com Objetos em Tela void OnMouseDown() {

offset = gameObject.transform.position - Camera.main.ScreenToWorldPoint(new

Vector3(Input.mousePosition.x, Input.mousePosition.y, 0));

if(GetComponent<Renderer>().enabled) { canSlide = true;

}

underInertia = false;

}

void OnMouseDrag() { if(canSlide) {

Vector3 prevPosition = curPosition;

Vector3 curScreenPoint = new Vector3(Input.mousePosition.x, Input.mousePosition.y, 0);

curPosition =

Camera.main.ScreenToWorldPoint(curScreenPoint)+offset;

velocity = curPosition - prevPosition;

transform.position = curPosition;

} }

void OnMouseUp() { if (canSlide) {

underInertia = true;

}

if(Mathf.Sqrt(Mathf.Pow((transform.position.x - inicialPoint.x), 2f) + Mathf.Pow((transform.position.y - inicialPoint.y), 2f)) >= limitDistance ||

!GetComponent<Renderer>().enabled) { canSlide = false;

underInertia = false;

} }

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Esta parte é responsável por criar o círculo de elementos externo da aplicação:

Código 02: Criação do Círculo de Elementos

void drawCircleImage(float radius, int vertex) { float x,y;

int i = 0;

for(float theta = 0; theta <= 2 * Mathf.PI; theta += (2*Mathf.PI)/vertex) {

x = radius*Mathf.Cos(theta);

y = radius*Mathf.Sin(theta);

GameObject image =

(GameObject)Instantiate(Resources.Load("Prefabs/banana"));

Vector3 pos = new Vector3(x, y, 0);

image.transform.position = pos;

listOfBananas.Add(image);

i+=1;

} }

Neste trecho há a resposta visual que o corre o momento em que o círculo interno rompe o círculo externo de elemento produzindo uma curta animação:

Código 03: Reposta Visual

void visualResponse(List<GameObject> list, float radius) { float x,y;

int i = 0;

for(float theta = 0; theta <= 2 * Mathf.PI; theta += (2*Mathf.PI)/list.Count) { x = radius*Mathf.Cos(theta);

y = radius*Mathf.Sin(theta);

Vector3 pos = new Vector3(x, y, 0);

list[i].transform.position = pos;

i+=1;

} }

Fonte: Desenvolvido pelo autor

No Arrasta também está sendo implementada uma funcionalidade que possibilitará que o reforço (pelota alimentícia que é entregue ao Macaco-Prego no momento em que determinada condição é executada ao decorrer do teste) seja liberada

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de forma automática. Segue o trecho do código encarregado da comunicação dos dispositivos responsáveis por essa funcionalidade:

Código 04: Reforço Alimentício

public class Dispensador { string ligar = "U";

string desligar = "J";

SerialPort porta = new SerialPort("COM2", 9600);

void Start() {

}

void Update() { }

public void abrirPorta(){//Abrindo porta serial if (!porta.IsOpen) porta.Open();

}

public void fecharPorta(){//Fechando porta serial if (porta.IsOpen) porta.Close();

}

public void abreReforco() {//Liberando reforço porta.Write(ligar);

}

public void fechaReforco(){

porta.Write(desligar);

} }

Um dispositivo importante para o processo de liberação do reforço alimentício é o Arduino, que recebe informações digitais repassadas pelo Arrasta e chaveia os relés que por sua vez acionam os dispensadores de pelotas. Esse processo necessita de uma programação especifica, segue seu código fonte:

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Código 05: Código Fonte do Arduino char ch;

int relay1 = 8;

int relay2 = 9;

void setup() {

Serial.begin(9600);

// Configura os pinos 8 e 9 do Arduino como saída pinMode(relay1, OUTPUT);

pinMode(relay2, OUTPUT);

// Inicializa os relés desligados, em nível alto digitalWrite(relay1, HIGH);

digitalWrite(relay2, HIGH);

}

void loop() {

// Verifica se tem algo disponível na entrada serial do Arduino

if( Serial.available()) {

// Ler um caractere da entrada serial do Arduino ch = Serial.read();

// Se o caractere for igual a 'U' (U maiúsculo) liga o relé 1 por 2 segundos

if( ch == 'U' ) { // Liga o relé

digitalWrite(relay1, LOW);

// Atraso de 2 segundos delay(2000);

// Desliga o relé

}

// Se o caractere for igual a 'j' (j minúsculo) liga o relé 2 por 2 segundos

if( ch == 'j' ) { // Liga o relé

digitalWrite(relay2, LOW);

// Atraso de 2 segundos delay(2000);

// Desliga o relé

} } }

O Arrasta, atualmente, possui um protótipo funcional o qual foi validado junto a EEP. Esta versão do Software possui um painel de controle onde é possível configurar previamente a quantidade de elementos e o diâmetro do círculo de elementos.

Além desta funcionalidade, o prototico também possibilita uma análise, em milésimos de segundos, da movimentação do círculo central até o momento em que atinge o círculo de elementos.

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Os resultados da análise são:

• Números de acertos (O acerto ocorre no momento em que o círculo central rompe o círculo de elementos);

• Tempo de acerto (A análise contabiliza o tempo partindo do início do teste, até o momento em que o corre um acerto);

• Posicionamento do círculo central nas coordenadas X, Y e Z (Sendo que, por se tratar de uma superfície bidimensional, os valores de Z são 0);

Os dados são coletados a partir do início da aplicação e finalizados quando o aplicador do teste encerra a sessão. Quando isso ocorre, um arquivo com a extensão

“.txt” é criado com os dados em questão.

7. PUBLICAÇÕES

O Arrasta, atualmente, possui uma versão funcional com algumas funcionalidades já implementadas e está sendo usado para a coleta de alguns dados, com os quais será possível o desenvolvimento de Artigos em breve.

8. CONCLUSÃO

Percebeu-se, no andamento das atividades, considerando suas características e aplicabilidade, que o projeto, assim como, o software Arrasta, que está em desenvolvimento, terá a possibilidade de contribuir de forma muito significativa para compreensão das interações cognitivas dos Macacos-Prego. Também é importante sua contribuição à formação acadêmica e profissional dos bolsistas envolvidos, proporcionando, assim, um melhor desempenho no desenvolvimento de software.

9. REFERÊNCIAS

Deacon, T. W. (1997). The Symbolic Species: The co-evolution of language and the brain. New York, W.W. Norton & Co.

S.L. Pfleeger, Engenharia de Software: Teoria e Prática, São Paulo: Prentice Hall, 2ª edição, 2004.

Kandel, E. R., Schwartz, J. H., Jessell, T. M., Siegelbaum S.A. & Hudspeth A.J. (2013).

Principles of Neural Science. 5ª ed. McGraw Hill, New York.

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Atividades a serem desenvolvidas nos próximos meses: Modificar a versão atual de forma que a posição do círculo na tela 1 poderá ser definida pelo usuário, e o alvo será um polígono de forma, tamanho e posição definido pelo usuário. Em seguida o número de objetos arrasttáveis e o de alvos será aumentado, e para cada origem haverá um alvo vinculado.

Dificuldades: As principais dificuldades encontradas foram: programar as funcionalidades de toque na tecla touchscreen devido à serie de variáveis que necessitam de atenção especial para funcionar corretamente, a animação no círculo de elementos externo (feedback visual) que precisava ocorrer de forma concomitante à movimentação do círculo central, e a comunicação do Arrasta! com o Arduino devido à falta de experiência com tal tecnologia.

Parecer do Co-Orientador: As atividades desenvolvidas foram discutidas em reuniões onde o aluno sempre se mostrou pontual e atencioso na execução das tarefas. Devido a isto conseguiu-se um desenvolvimento satisfatório do projeto de IC que se encontrar dentro do cronograma. De uma forma geral o aluno se mostrou dedicado para todas as tarefas solicitadas.

Parecer do Orientador: A colaboração com o professor Dionne Monteiro está ao mesmo tempo dando oportunidade ao bolsista de aprender a resolver um problema original e de construir um software para investigação do comportamento cognitivo animal que pode ser o primeiro de uma linha evolutiva com perspectivas de constituir-se em um grande avanço nos paradigmas de estudo do comportamento cognitivo. Trata-se de um pequeno passo, mas estou otimista com a seriedade que o bolsista e o Prof.

Dionne aceitaram o desafio de desenvolver a segunda versão do Arrasta! (a primeira versão também foi desenvolvida pela equipe do Prof. Dionne: Ellton Sales Barros e Gilberto Nerino Junior).

DATA: 29/02/2016

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ASSINATURA DO ORIENTADOR

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ASSINATURA DO ALUNO