Laboratorio diErgonomia e Design

Modulo: Psicologia Cognitiva6 CFU (ogni lunedì)

Docente: dott.ssa Maria Teresa TuranoSezione di Psicologia - Dipartimento di Neuroscienze, Psicologia, Area del

Farmaco e Salute del Bambino (NEUROFARBA)

Padiglione 26 – Via di San Salvi, 12 - 50135 Firenze

www.cogpsy.it

Contatti & Ricevimento

• E-mail: mariateresa.turano@unifi.it• Ricevimento su appuntamento presso la Sezione di Psicologia

(Dipartimento di NEUROFARBA) in San Salvi (Via di San Salvi 12, Padiglione 26), Plesso didattico Morgagni, Design Campus.

Obiettivi del corso

• Il corso riguarderà lo studio dei processi cognitivi e degli strumenti metodologici dell’Ergonomia Cognitiva.

Programma delle lezioni

• Storia e Metodi della Psicologia Cognitiva

• La percezione visiva

• L’attenzione

• La memoria

• L’azione

• Il ragionamento

• Le emozioni

• L’ergonomia cognitiva

Libri di testo consigliati

Il corso riguarderà lo studio dei processi cognitivi e degli strumenti metodologici dell’Ergonomia Cognitiva.

• Di Nocera F., Che cos’è l’ergonomia cognitiva, Carocci, Roma, 2004

• Giannini A.M., Marzi T., Viggiano M.P., Design, Giunti, Firenze, 2011

• Arielli, E. Pensiero e Progettazione, 2002.

Overview: Lezione I

• La Psicologia Cognitiva e il suo contributo al Design

• Mente e cervello: rapporto

• Il cervello umano

• Storia della Psicologia Cognitiva

• Metodi della Psicologia Cognitiva

Topics

• Cos’è la Psicologia Cognitiva?

• Cosa ha contribuito alla nascita della Psicologia Cognitiva?

• Quali sono i metodi utilizzati in Psicologia Cognitiva?

• Qual è il suo contributo al Design?

Che cos’è la Psicologia?

• Il termine "psicologia "deriva dal greco psyché (ψυχή) - spirito, anima - e da logos (λόγος) - discorso, studio.

• La psicologia è quindi, da un punto di vista strettamente letterale, lo studio dello spirito o dell'anima.

Che cos’è la Psicologia?

• La Psicologia è la scienza che studia i processi mentali. Essa studia, inoltre, il comportamento umano che viene osservato, campionato e misurato.

• Disciplina composta da diverse subdiscipline.

• I processi mentali si possono suddividere in due ampie categorie: processi cognitivi e processi dinamici.

Quali sono i processi mentali?

Processi mentali

Processi cognitivi Processi dinamici

Sono relativi al modo incui conosciamo il mondo esterno

Sono relativi ai bisogni e alle motivazioni che ciSpingono a interagire con esso

La Psicologia Cognitiva

Studia i processi mentali e come essi influenzano le nostre capacità di interazione con il mondo studio dei processi cognitivi e elaborazione dei modelli teorici relativi.

Lo scopo della psicologia cognitiva è di comprendere come la mentenella sua globalità elabori informazione, produca conoscenza e progetti piani d’azione.

Che cos’è la Psicologia Cognitiva?

• Cognitive psychology refers to all processes by which the sensory input is transformed, reduced, elaborated, stored, and recovered.

Ulric Neisser (1967)

• As cognitive psychologists, we are interested in a wide domain or inquiry: How people perceive, represent, remember, and use knowledge?

D.A Norman & D.E. & Rumelhart & (1975)

Quel è il suo contributo nel Design?

• Nella progettazione, produzione e fruizione di un oggetto, cioè nel complesso delle operazioni che è sintetizzato dal concetto di design, la mente umana si avvale di tutti i suoi processi.

• Se consideriamo le componenti principali di un oggetto (la forma, la funzione, la valenza simbolica e la valenza estetica) i processi psichici di particolare rilevanza per il design sono la percezione, la prassia, la categorizzazione e la valutazione emozionale ed estetica.

Approccio ecologico al design

• Quali sono i vincoli cognitivi (percettivi, attentivi, …, ) che influenzano il comportamento delle persone?

Quali sono le abilità cognitive implicate nell’uso di artefatti?

Contributo al design

•La psicologia cognitiva, indirizzata alla comprensione delle menti dei fruitori degli artefatti, è uno strumento utile ai progettisti per progettare oggetti efficaci.

• Quali sono i processi fisiologici/cerebrali che sono alla base delle operazioni mentali implicate nella produzione e nella fruizione di un oggetto?

• Che cos’è il cervello? Qual è la sua organizzazione anatomica e funzionale?

• Il cervello è la mente sono una cosa sola?

Il grande dibattito Il cervello e la mente sono la stessa cosa?

Il cervello è il l’hardware e la mente è il software…

Rapporto mente-cervello: la mente è un’entità fondata sui processi cerebrali?• Punto di vista strettamente lessicale mente e cervello sono sinonimi.

• Il significato del termine cervello è immediatamente individuabile nell’organo fisico posto nella cavità cranica.

• Il significato della parola mente manca di un correlato oggettivo univoco e si riferisce all’insieme delle attività cognitive di ogni essere vivente che sia dotato di coscienza, pensiero, linguaggio.

• Approccio unitario (stesso significato) / Approccio dicotomico (significati differenti dicotomia cartesiana)

Il cervello

• Il cervello umano esiste da circa 100000 anni ed è un organo molto complesso.

• Massa di tessuto biologico in grado di pensare, ricordare, prestare attenzione, risolvere problemi, giocare, manifestare pregiudizi, …

• Questi processi sono svolti grazie all’attività integrata di strutture altamente specializzate che compongono il cervello.

• Come è fatto? Come funziona?

Il Cervello: piccolo tour guidato…

Il cervello

Peso medio: 1400 g (DS = 500 g)100 miliardi di neuroniCervello = Attività mentale

I neuroni

• Più di cento miliardi di neuroni…. Ogni neurone forma in media da 1000 a 10000 sinapsi

La struttura del Sistema Nervoso

Il sistema nervoso centrale

Homunculus motorio ed homunculus somatosensoriale: mappatura spaziale

L’ippocampo

• Ruolo decisivo per i processi di memoria

Come è stato/a studiato/a il cervello-la mente nel corso della storia?• Torniamo al dibattito mente e cervello e al concetto di anima.

Nascita della Psicologia

• Omero (IX secolo a.C) psiche: soffio vitale, il principio della vita; fantasma.

• Orfismo (movimento religioso del VI sec. a.C.): psiche entità di origine divina, racchiusa nel corpo come in un carcere

• .Diogene di Apollonia e Democrito (V secolo a.C.): psiche è l’intelligenza o la consapevolezza morale.

• Socrate (469-399 a.C.): la psiche era il centro della conoscenza morale dell’uomo ritenne che il fine ultimo della vita umana fosse la «cura dell’anima».

I progenitori della psicologia: I grandi filosofi

• Pensatori greci come Platone (427-347 a.C) e Aristotele (384- 322 a.C) furono tra i primi a confrontarsi su come la mente funzioni.

• Una questione fondamentale: le capacità cognitive sono innate o plasmate dall’esperienza?

• Dibattito ancora attuale sul ruolo della natura e cultura!

Pensiero filosofico post-socratico…

Platone (427-347 a.C.) e Aristotele (384-322 a.C.); […];

Mancanza di oggettività!

• Le loro idee provenivano però dalle osservazioni personali, dall’intuizione e dalla riflessione Il loro approccio non prevedeva alcun metodo di verifica delle teorie.

• Nella psicologia moderna la capacità di verificare una teoria costituisce il fondamento dell’approccio scientifico e la base per giungere a delle conclusioni.

L’errore di Cartesio

• Renè Descartes (1596-1650) dualismo mente-corpo

Mente e corpo sono separati

• Res cogitans: anima – sostanza spirituale realtà psichica

• Res extensa: corpo – sostanza materiale realtà fisica

La mente influenza il corpo attraverso la ghiandola pineale.

Il positivismo‘800• Il Positivismo è una corrente filosofica, sociologica e culturale che si

sviluppa nella seconda metà dell'Ottocento (ad opera di August Comte) ed è caratterizzata dalla fiducia nel progresso scientifico e dal tentativo di applicare il metodo scientifico a tutte le sfere della conoscenza e della vita umana.

• Visione materialista: tutto può essere spiegato alla luce delle leggi delle proprietà fisiche della materia e dell’energia. Sviluppo della chimica, delle scienze naturali e della biologia.

La Psicofisica

• Sviluppo della psicofisica: Gustav Fechner (1860): misurabilità oggettiva e rigorosa (metodo sperimentale) delle sensazioni

• Fisiologia di Herman von Helmoltz (velocità dell’impulso nervoso e percezione uditiva come aggregato di sensazioni semplici)

Frenologia : Franz Joseph Gall (1758-1828)

• Il cervello è l’organo base della mente:

differenti facoltà mentali hanno sede in aree

diverse.

• Gall ha sviluppato il metodo della "cranioscopia", basato sull’assunzione che particolari forme dello scalpo correlavano con particolari abilità mentali o tratti di personalità

• Cranioscopia: phrenology («phren»: mind, «logos»: study)

• 27 "organi”

• Cesare Lombroso

Specificità funzionale

• Dibattito attuale sulla specificità funzionale di processi e aree neurali

• Indagata con le moderne tecniche di indagine

• Evidenze dalla neuropsicologia: studio di pazienti con lesioni in specifiche aree e insorgenza di deficit specifici

Un esempio: L’area fusiforme delle facce

Il Metodo Sperimentale

• Alla fine del 1800 gli psicologi erano fiduciosi nel progetto di una “nuova psicologia” che mirasse alla formulazione delle leggi della vita psichica attraverso

• Il METODO SPERIMENTALE

• Lo psicologo che nel suo laboratorio studiava la sensazione la percezione o la memoria con gli apparecchi aveva acquistato nuove certezze

• Lo psicologo diventa scienziato, registra con strumenti i fenomeni psichici della vita psichica

• La nuova psicologia: Adozione del metodo sperimentale (praticato dai fisiologi e fisici)

• Individuazione di uno specifico oggetto di studio da sottoporre all’indagine sperimentale l’esperienza immediata: ciò che esperisce il soggetto nella sua relazione con il mondo esterno

• L’esperienza soggettiva che una persona ha del mondo e della mente

• Metodo usato: l’introspezione: osservazione soggettiva della propria esperienza personale.

• Approccio: Strutturalismo analisi degli elementi di base che costituiscono la mente

• Scomporre la coscienza in sensazioni ed emozioni elementari.

Il primo laboratorio

• 1879, Lipsia W. Wundt

• Metodo sperimentale

• Nascita della psicologia come disciplina autonoma ed indipendente

Lo psicologo diventa scienziato…

Lo psicologo diventa scienziato, registra con strumenti i fenomeni psichici.

• Lo psicologo sperimentale è uno scienziato: le sue ricerche hanno origine in un laboratorio, sono il frutto della collaborazione tra più sperimentatori, i risultati sono discussi a convegni.

• La ricerca psicologia non è un fatto privato, non è auto-osservazione incontrollata ma è un fatto pubblico (primi convegni/congressi, nascieta di riviste scientifiche).

Lo psicologo diventa scienziato…

• Sensazioni e sentimenti vanno indagati con il metodo sperimentale

• Lo sperimentatore manipola delle variabili (es. durata, intensità di uno stimolo) e si osserva la risposta del soggetto (tempi di reazione o resoconti verbali)

• Si studia l’influenza di determinati fattori sui processi psichici.

Esempio

• Esempio: veniva presentato agli osservatori uno stimolo (colore o suono) e si chiedeva loro di riferire le proprie introspezioni, esperienza sensoriale

• Tempi di reazione: quantità di tempo impiegata per rispondere ad uno stimolo specifico

Premi il pulsante quando vedi la croce

Strutturalismo

• Oggetto di studio: i contenuti dell’esperienza “immediata”

L’esperienza immediata è, secondo Wundt, un aggregato di esperienze coscienti elementari (sensazioni e sentimenti); la psicologia deve studiare i singoli elementi e le leggi di connessione tra essi.

Come sono composti i processi mentali ? (atteggiamento elementista)

Strutturalismo

• Introspezione sperimentale

• Esperimenti sulla sensazione e percezione, resoconti di natura quantitativa sulle caratteristiche fisiche dello stimolo

• Addestramento di soggetti

• Stati Uniti: Edward Titchener (1867-1927) Studia da Wundt. Allestisce un laboratorio alla Cornell University Pubblica “ExperimentalPsychology”

• La psicologia ha il compito di descrivere la struttura, l’architettura della mente, sezionandola nelle sue componenti

• Struttura della mente -> Introspezione con rigorose regole

Funzionalismo & Comportamentismo

• W. James (1842-1910) -> Principles of Psychology (1890) La coscienza è più simile ad un flusso incessante che a un complesso di elementi distinti

• Watson (1913) -> Comportamentismo classico

Scuole di Psicologia del ‘900

• Gestalt (Germania)

• Psicoanalisi (Austria)

• Comportamentismo (USA)

• Scuola storico-culturale (Unione Sovietica)

La teoria della forma (primi del ‘900)

• Il tutto è più della somma delle parti.

• La Gestalt è l’organizzazione (lett. Forma) degli elementi del campo percettivo, tale strutturazione fa sì che i singoli elementi acquisiscano caratteristiche nuove

La rivoluzione cognitiva

Principi Concettuali

• Il nostro modo di percepire e agire nel mondo non è diretto, ma percezioni, pensieri e d azioni dipendono piuttosto da trasformazioni o elaborazioni interne.

• L’elaborazione delle informazioni dipende da Rappresentazioni mentali

• La Psicologia Cognitiva ha per oggetto l’indagine del modo in cui manipoliamo le rappresentazioni mentali

Cognitivismo

• La mente non viene più concepita come sistema chiuso in cui entrano stimoli ed escono risposte ma come un sistema attivo che agisce sugli stimoli esterni, li seleziona e li elabora.

• L’indagine si estende ai processi “interni” che generano attività comportamentali esterne (motorie, verbali, …).

• Processi cognitivi e dinamici

I processi cognitivi esistono. Pertanto la ragionefondamentale per studiarli non è diversa dalla ragione perstudiare qualunque altra cosa. Tutto quel che sappiamodella realtà è stato mediato non solo dagli organi di senso,ma da sistemi complessi che interpretano continuamentel‘informazione fornita dai sensi (1967).

Ulric Neisser (1928)

L’Information Processingparadigma dell’elaborazione dell’informazionimodo migliore per studiare l’attività cognitiva umana.

• L’elaborazione dell’informazione avviene secondo una sequenza di stadi, elaborazione seriale.

• Per i comportamentisti la mente era inaccessibile alla ricerca sperimentale: era una scatola nera (black-box), luogo di entrata (input) e di uscita (output) delle risposte.

• I modelli cognitivisti riempirono la scatola nera con un numero di scatole indicate come stadi specifici di determinate operazioni cognitive (percezione, attenzione, memoria…)

Elaborazione stadiale

percezioneapprendimento

e memoriarecupero pensiero

output

input

Flusso dell’elaborazione dell’informazione

Cognitivismo

• Si studiano i processi cognitivi: Percezione, memoria, attenzione, linguaggio, pensiero

• Metacognizione: Complesso di idee e credenze che ogni individuo sviluppa nel corso della propria vita intorno ai propri processi cognitivi.

• Processi emozionali e motivazionali personalità

Psicologia Cognitiva

• Principi concettuali della Psicologia Cognitiva

Il nostro modo di percepire e agire nel mondo non è diretto, ma percezioni, pensieri ed azioni dipendono piuttosto da trasformazioni o elaborazioni interne.

• L’elaborazione delle informazioni dipende da Rappresentazioni mentali: le rappresentazioni mentali sono soggette a trasformazioni

• La Psicologia Cognitiva ha per oggetto d’indagine il modo in cui manipoliamo le rappresentazioni mentali

I casi clinici: HM

• Anni ‘60 Neuropsicologia

• Studiare gli effetti di lesioni cerebrali sui processi mentali (in pazienti cerebrolesi)

• '53 H.M. subì l'asportazione dei lobi temporali mediali con un'operazione del chirurgo William Scoville.

Localizzazionismo

• Localizzare a livello cerebrale le varie funzioni mentali

… una nuova frenologia?

Le Neuroscienze Cognitive

• Verso la fine degli anni ‘70 in un taxi di New York Miller e Gazzaniga in viaggio verso un simposio coniarono il termine Neuroscienze cognitive

• Sviluppi nelle neuroscienze (scoperta di specializzazione funzionale dei neuroni, di specializzazione emisferica, di macrosistemi di modulazione dell’attività cerebrale, ecc.) e sviluppo di tecniche invasive (registrazione intracellulare) e non invasive (Potenziali evocati, PET, fMRI) per lo studio del sistema nervoso hanno consentito una più stretta connessione tra la psicologia cognitiva e le neuroscienze

• Modelli neuro-cognitivi: gerarchia di elaborazione = livello molecolare, neuronale, sistemico, funzionale. I processi psicologici costituiscono il livello più alto ed “emergono” dai processi di tipo elementare.

E il dibattito: mente/cervello?• Un notevole contributo alla conoscenza del rapporto tra mente e cervello viene

dallo studio di pazienti che hanno subito lesioni fisiche cerebrali (The Descartes’ error).

• Neurologo portoghese Antonio R. Damasio ha descritto un caso clinico davvero noto: Phineas P. Gage (1848).

• Damasio nega la dicotomia emozione-ragione: la ragione è guidata dalla valutazione emotiva delle conseguenze dell’azione, l’emozione ha la proprietà di influenzare i processi decisionali. La vita mentale si realizzerebbe attraverso il meccanismo dell’utilizzazione di informazioni derivanti dalle strutture nervose preposte all’elaborazione delle risposte affettivo-emotive e allo stesso tempo in relazione con i contenuti della memoria, che riemergono nel momento dell’esperienza.

• Lo studio del caso Gage ha permesso a Damasio di individuare nell’area della corteccia frontale la funzione di mediare gli aspetti emotivi e cognitivi del comportamento.

Come si studia la cognizione?Metodi

Misure comportamentali

• Accuratezza: Numero di risposte corrette (o di errori)

• Tempi di reazione: Intervallo di tempo che intercorre fra la presentazione dello stimolo (visivo, uditivo, tattile, …) e l’esecuzione della risposta (motoria, verbale).

La localizzazione: TAC

• La tomografia assiale computerizzata (computerizzed axialtomografy) immagini in vivo del cervello.

• Versione avanzata dell’indagine radiologica convenzionale con i raggi X (a due dimensioni).

• Un fascio di raggi X viene proiettato attraverso la testa del soggetto e l’immagine prodotta fornisce una misura della densitàdei tessuti attraversati.

PET

MRI, fMRI

MRI vs fMRI

• MRI consente di studiare l’anatomia del cervello

• La functionalMRI consente di studiare le funzioni cerebrali

• Come la PET, anche la fMRI sfrutta l’aumento locale dell’irrorazione sanguigna.

• Onde radio causano l’oscillazione dei protoni degli atomi di idrogeno, quindi un sensore misura i campi locali di energia emessi quando i protoni ritornano all’orientamento del campo magnetico esterno.

• La costruzione dell’immagine fMRI è però incentrata sulle proprietà magnetiche dell’emoglobina, la proteina che trasporta l’ossigeno nel sangue. Quando l’ossigeno viene assorbito dai tessuti l’emoglobina diventa deossigenata. I sensori fMRI misurano il rapporto tra oss-emoglobina e desossiemoglobina

• Effetto BOLD: effetto dipendente dal livello di ossigenazione del sangue

Nuromarketing: correlati neurali delle preferenze verso alcuni prodotti

EEG - ERP www.cogpsy.it CogPsy Lab

Proprietà

• Le componenti ERP godono di tre proprietà principali: la latenza, che indica l’intervallo di tempo (in msec) che intercorre tra la presentazione dello stimolo e la comparsa della componente nel tempo; la polarità, rispetto al campo elettrico (P indica una deflessione positiva, N una deflessione negativa); l’ampiezza che rappresenta la distanza espressa in microvolt tra il picco positivo e quello negativo e la linea di base.

• Le componenti possono essere collocate lungo un continuum temporale tale da descrivere una sequenza dei diversi stati di elaborazione di uno stimolo.

Latenza

• 0-50 msec – trasmissione sottocorticale

• 50-150 mesc – elaborazione sensoriale

• Oltre 150 msec – elaborazione cognitiva

MEG

• Tecnica correlata all’ERP. Oltre agli eventi elettrici associata con l’attività sinaptica, i neuroni attivi producono anche piccoli campi magnetici.

• Con con l’EEG, si può costruire una media dei tracciati MEG ottenendo gli ERF (event-related fields).

• Stessa risoluzione temporale degli ERP ma vantaggio di localizzare precisamente la fonte del segnale.

TMS

TMS

• La Stimolazione Magnetica Transcranica consiste nell’interrompere la funzione neurale in una regione prescelta della corteccia.

• Il dispositivo consiste in una bobina (coil) collegata a potenti condensatori elettrici che inviano una forte corrente elettrica. Quando il coil è posato sul cranio, il campo magnetico (generato dalla corrente) attraversa la cute e lo scalpo e invia impulsi.

• Macro-aree cerebrali.

• Variando l’intervallo che separa l’inizio dell’impulso e la comparsa dello stimolo, si può ricostruire il corso dell’elaborazione nel tempo.

• Effetti piuttosto brevi.

PAZIENTI (Neuropsicologia)

H.M. (1953) subì l'asportazione dei lobi temporali mediali con

un'operazione del chirurgo William Scoville.

E’ stata svolta una resezione bilaterale dei lobi temporali mediali.

Quando H.M. si riprese dall'intervento, che alleviò sensibilmente

la gravità dei suoi disturbi, vennero identificati alcuni seri effetti

collaterali, descritti da Scoville e Milner come una "perdita

completa della memoria per gli eventi [...] assieme ad una

amnesia retrograda parziale fino a tre anni prima

dell'operazione". Fu costatato inoltre dagli stessi che "le

memorie precoci sembrano apparire normali, non ci furono

alterazioni della personalità o deficit intellettivi generali".

Eye-tracking

• Tecnica in grado di registrare la dilatazione e la contrazione delle pupille, realizzando un effettivo tracciamento oculare che definisce l’intero percorso effettuato dall’occhio durante la visione.

• Esplorazione visiva di un’immagine

• Quando si guarda qualcosa, infatti, gli occhi si spostano almeno 3 o 4 volte al secondo, seguendo un ordine apparentemente casuale. Ogni spostamento, detto saccade, dura circa un decimo di secondo, mentre le fermate, o fissazioni, durano da 2 a 4 decimi di secondo.

L’esempio dei siti web

• L'eye-tracking permette di determinare con ottima precisione:

• Dove è rivolto lo sguardo dell'utente

• qual è la percentuale di utenti che osserva una particolare area di interesse

• quante volte gli utenti fissano un determinato elemento della pagina e per quanto tempo

• cosa viene osservato prima e cosa dopo

• Abbiamo così a disposizione numerosi indicatori essenziali per capire perché l’utente fa certe scelte o certi errori.

Resoconti verbali e Questionari di autovalutazione• Definizione: verbalizzazione del l’analisi introspettiva

• Resoconti verbali: definizione di strategie nel problem solving

• Questionari di autovalutazione:

– Metacognizione

– Differenze individuali (es. abilità immaginative/verbali)

– Questionari sugli stati psicologici (umore, stress, disturbi psicosomatici) e tipologie (“Mattutini” vs “Serotini”, Horne & Östberg,1976)

Una visione d’insieme

• Metodi Comportamentali

• Metodi Elettrofisiologici

E di Neuroimmagine

Oggettivi

Soggettivi

AccuratezzaTempi di reazioneProve cognitive

Questionari di autovalutazione

Sistema Nervoso CentraleEEG ERPTAC MRI fMRITMS

Processi mentali covert e overt

Stimolo Risposta

t0 tx

Processo covert Processo overt

Tecniche elettrofisiologiche e di neuroimmagine

Tecniche comportamentali