Linear sau logaritmicUn nou model teoretic al percepţiei senzoriale şi al memoriei umane aruncă o lumină nouă asupra unor ciudăţenii ale sistemului nervos. Dacă întrebi un adult din lumea industrializată ce număr se află la jumătatea intervalului dintre 1 şi 9, va spune 5.

 

 

 

Dar dacă punem aceeaşi întrebare unor copii sau unor oameni din societăţile mai puţin avansate, aceştia vor spune probabil că este 3.

Cercetători în ştiinţele cognitive au emis teoria că acest lucru se explică prin faptul că pare mai natural pentru oameni să gândească logaritmic decât linear:  30 este 1 şi 32 este 9, deci, logaritmic, numărul care se află la mijloc între ele este 31, adică 3. Circuitele neurologice par a se plia pe această teorie. De exemplu, experimente psihologice sugerează că multiplicarea intensităţii unor stimuli senzoriali cauzează o creştere logaritmică a intensităţii percepţiei.

Într-un articol publicat online săptămână trecută în revista Journal of Mathematical Psychology, cercetători de la Laboratorul de Cercetări Electronice(RLE) al MIT, au folosit tehnici din teoria informaţiei pentru a demonstra că, date fiind anumite ipoteze de lucru despre mediul natural şi despre modul cum funcţionează sistemele neuronale, reprezentarea logaritmică a informaţiei, mai degrabă decât în mod linear, reduce riscul de producere a erorilor.

Noul studiu a fost condus de John Sun, un absolvent de facultate şi membru în grupul  lui Vivek Goyal "Signal Transformation and Information Representation (STIR)" al  RLE. Împreună  cu  Sun şi Goyal, la această lucrare au participat şi  Lav Varshney, un cercetător al Centrului  IBM -Watson Research Center şi un fost student al grupului Goyal şi care a rămâne afiliat cercetătorilor din RLE, precum şi Grace Wang, pe vremuri un neuropsiholog la centrul  "Massachusetts Eye and Ear Infirmary".

De regulă, membrii STIR cercetează probleme de procesarea semnalelor în domenii precum imagistică optică sau imagistică pe bază de rezonanţă magnetică, aşa că publicarea unui articol într-o revistă de psihologie ar putea părea un lucru un pic deplasat.

"Deşi această problemă pare destul de departe de ceea ce noi facem de obicei, în realitate nu este deloc aşa", afirmă Sun. "Ne ocupăm cu destul de multe probleme de comprimare informaţională (fişiere media), iniţiativă care este puternic motivată de unele experimente psihofizice. Aşadar, când au inventat compresia pentru fişiere audio (MP3), au venit şi cu standardul de compresie a imaginilor digitale (JPEG), în care au avut în vedere multe aspecte legate de percepţia umană: ce anume percepem bine, ce anume nu percepem bine?"

Una din ipotezele de lucru ale cercetătorilor este aceea că, dacă ne dorim să proiectăm un sistem nervos pentru oamenii care trăiesc într-un mediu ancestral – cu scopul de a reprezenta lumea din jurul lor cât mai fidel – tipul corect de eroare ce trebuie minimizată este eroarea relativă, nu eroarea absolută.  În definitiv, o abatere de 4 unităţi contează mult mai mult dacă întrebarea ce se pune este: "se află unul sau cinci lei înfometaţi în iarbă?" – eroare relativă, decât întrebarea: "dacă sunt 96 sau 100 de antilope în turmă pe care tocmai am observat-o?" – eroare absolută.

Cercetătorii de la STIR au demonstrat că cea mai bună abordare este să încerci să minimizezi eroarea relativă folosind o scară logaritmică, dar cu îndeplinirea a două condiţii: una, dacă încerci să stochezi reprezentările lumii externe în memorie şi cealaltă, dacă stimuli senzoriali ai lumii externe produc un anumit tip de model statistic.



Dacă încerci să stochezi date în memorie, o scară logaritmică este optimă dacă există şanse de eroare, fie în faza de stocare sau de recuperare sau dacă ai nevoie să comprimi datele astfel încât să ocupe un spaţiu mai mic. Cercetătorii cred că una din aceste condiţii se adevereşte cu oarecare probabilitate – există dovezi în literatura de psihologie pentru ambele condiţii – dar cercetătorii nu sunt convinşi de niciuna. Totuşi, ei cred că presiunea vieţii cotidiene de a memora informaţii probabil explică instinctul natural uman de a reprezenta numerele logaritmic.

În acest articol, cercetătorii de la MIT analizează de asemenea modele statistice care descriu fluctuaţiile volumului sunetului în vorbirea umană. Întâmplător, acele fluctuaţii pot fi foarte bine aproximate de o distribuţie normală - o curbă în forma de clopot (curba lui Gauss, n.tr.) – dar numai dacă sunt reprezentate logaritmic. În asemenea condiţii cercetătorii arată că reprezentarea logaritmică minimizează eroarea relativă.

Modelul informaţional-teoretic al cercetătorilor  STIR aproximează de asemenea datele empirico-psihologice într-un alt mod. Pe de o parte, modelul prezice punctul în care discriminarea senzorială umană nu va mai funcţiona. Cu volumul sunetului, de exemplu, subiecţii experimentului pot face distincţii foarte fine într-un interval de valori date, "dar experimental, când se ajunge către valorile marginale, apar disfuncţionalităţi", afirmă Sun.

De asemenea, modelul este mai bun decât cele folosite anterior în descrierea plasticităţii cerebrale. Acesta ne oferă un cadru de lucru în care o  aplicaţie directă a teoremei lui Bayes – fundamentală pentru o mare parte din statistica matematică modernă – face predicţii exacte cu privire la înclinaţiile sistemul nervos uman ce pot fi revizuite prin prisma experienţei.

"Există multe specii diferite de animale", afirmă Adam Reeves, profesor de psihologie la  Northeastern University, "şi o mulţime de mecanisme senzoriale cum ar fi auzul, vederea şi diverse aspecte ale lor; apoi gustul şi mirosul şi aşa mai departe, toate urmând aceeaşi lege" — o relaţie logaritmică între intensitatea stimulilor şi intensitatea percepţiilor. "Biologia este foarte variabilă, din câte stim, deci cum se explică că toate aceste organisme ascultă de aceeaşi lege si cum se face că această lege este foarte precisă? De fapt, aceasta a devenit o problemă filozofică majoră in zilele noastre."

În încercarea de a rezolva această problemă, spune Reeves, cercetătorii de la MIT ne oferă un argument forte. "Înainte de a declara problema rezolvată, Reeves ar vrea să examineze acele cazuri în care legea este invalidată."

"Rezolvarea problemei ar fi dacă obţinem distribuţii statistice diferite ale informaţiei stimulilor, iar atunci vom obţine si un tip diferit de lege,"  afirmă Reeves. "Vederea de noapte, de exemplu, indică o foarte puternică invalidare a legii."





Traducere realizată de Mihai Panoschi după What number is halfway between 1 and 9? Is it 5 — or 3?