Sistema di Elaborazione delle Informazioni: Teoria e Modelli

I teorici dell'elaborazione dell'informazione hanno sfidato l'idea inerente al comportamentismo secondo cui l'apprendimento implica la formazione di associazioni tra stimoli e risposte. I teorici dell'elaborazione dell'informazione non rifiutano le associazioni, perché postulano che la formazione di associazioni tra frammenti di conoscenza aiuta a facilitarne l'acquisizione e l'archiviazione nella memoria. Piuttosto, questi teorici si preoccupano meno delle condizioni esterne e si concentrano maggiormente sui processi interni (mentali) che intervengono tra stimoli e risposte. Gli studenti sono ricercatori e elaboratori attivi di informazioni. A differenza dei comportamentisti che affermavano che le persone rispondono quando gli stimoli le colpiscono, i teorici dell'elaborazione dell'informazione sostengono che le persone selezionano e prestano attenzione alle caratteristiche dell'ambiente, trasformano ed elaborano le informazioni, mettono in relazione le nuove informazioni con quelle precedenti.

Le teorie dell'elaborazione dell'informazione differiscono nelle loro opinioni su quali processi cognitivi siano importanti e su come operano, ma condividono alcuni presupposti comuni. Uno è che l'elaborazione dell'informazione avviene in fasi che intervengono tra la ricezione di uno stimolo e la produzione di una risposta. Un corollario è che la forma dell'informazione, o come viene rappresentata mentalmente, differisce a seconda della fase. Le fasi sono qualitativamente diverse l'una dall'altra.

Un altro presupposto è che l'elaborazione dell'informazione sia analoga all'elaborazione del computer, almeno metaforicamente. Il sistema umano funziona in modo simile a un computer: riceve informazioni, le memorizza e le recupera quando necessario. L'elaborazione cognitiva è straordinariamente efficiente; c'è poco spreco o sovrapposizione. I ricercatori differiscono nel modo in cui estendono questa analogia. Per alcuni, l'analogia del computer non è altro che una metafora. Altri impiegano i computer per simulare le attività degli esseri umani. Il campo dell'intelligenza artificiale si occupa della programmazione di computer per impegnarsi in attività umane come pensare, usare il linguaggio e risolvere problemi.

I ricercatori presumono anche che l'elaborazione delle informazioni sia coinvolta in tutte le attività cognitive: percepire, ripetere, pensare, risolvere problemi, ricordare, dimenticare e immaginare (Farnham-Diggory, 1992; Matlin, 2009; Mayer, 1996; Shuell, 1986; Terry, 2009). L'elaborazione delle informazioni si estende oltre l'apprendimento umano come tradizionalmente delineato. Questa lezione riguarda principalmente quelle funzioni informative più pertinenti all'apprendimento.

Lo schema del 'modello di elaborazione delle informazioni dell'apprendimento e della memoria' mostra un modello di elaborazione delle informazioni che incorpora le fasi di elaborazione. Sebbene questo modello sia generico, corrisponde strettamente al modello classico proposto da Atkinson e Shiffrin (1968, 1971).

L'elaborazione delle informazioni inizia quando un input di stimolo (ad esempio, visivo, uditivo) colpisce uno o più sensi (ad esempio, udito, vista, tatto). Il registro sensoriale appropriato riceve l'input e lo trattiene brevemente in forma sensoriale. È qui che si verifica la percezione (riconoscimento del modello), che è il processo di assegnazione di un significato a un input di stimolo. Questo in genere non comporta la denominazione perché la denominazione richiede tempo e le informazioni rimangono nel registro sensoriale solo per una frazione di secondo. Piuttosto, la percezione implica l'abbinamento di un input a informazioni note.

Il registro sensoriale trasferisce le informazioni alla memoria a breve termine (MBT). La MBT è una memoria di lavoro (ML) e corrisponde approssimativamente alla consapevolezza, o a ciò di cui si è coscienti in un dato momento. La ML è limitata nella capacità. Miller (1956) propose che contenesse sette più o meno due unità di informazione. Un'unità è un elemento significativo: una lettera, una parola, un numero o un'espressione comune (ad esempio, “pane e burro”). Anche la ML è limitata nella durata; affinché le unità vengano trattenute nella ML, devono essere ripetute (ripetute). Senza ripetizione, le informazioni vengono perse dopo pochi secondi.

Mentre le informazioni sono nella ML, le conoscenze correlate nella memoria a lungo termine (MLT), o memoria permanente, vengono attivate e collocate nella ML per essere integrate con le nuove informazioni. Per nominare tutte le capitali degli stati che iniziano con la lettera A, gli studenti richiamano i nomi degli stati—forse per regione del paese—e scansionano i nomi delle loro capitali. Quando gli studenti che non conoscono la capitale del Maryland imparano “Annapolis”, possono memorizzarla con “Maryland” nella MLT.

È discutibile se le informazioni vadano perse dalla MLT (cioè, dimenticate). Alcuni ricercatori sostengono che possa esserlo, mentre altri affermano che l'incapacità di ricordare riflette una mancanza di buoni spunti di recupero piuttosto che la dimenticanza. Se Sarah non riesce a ricordare il nome del suo insegnante di terza elementare (Mapleton), potrebbe essere in grado di farlo se le venisse dato il suggerimento: “Pensa agli alberi”. Indipendentemente dalla prospettiva teorica, i ricercatori concordano sul fatto che le informazioni rimangono nella MLT per molto tempo.

I processi di controllo (esecutivi) regolano il flusso di informazioni attraverso il sistema di elaborazione delle informazioni. La ripetizione è un importante processo di controllo che si verifica nella ML. Per il materiale verbale, la ripetizione assume la forma di ripetere le informazioni ad alta voce o sub vocalmente. Altri processi di controllo includono la codifica (inserire le informazioni in un contesto significativo—un problema in discussione nello scenario di apertura), l'imaging (rappresentare visivamente le informazioni), l'implementazione di regole decisionali, l'organizzazione delle informazioni, il monitoraggio del livello di comprensione e l'utilizzo di strategie di recupero, autoregolamentazione e motivazionali.

Il modello a due magazzini può rendere conto di molti risultati di ricerca. Uno dei risultati di ricerca più coerenti è che quando le persone hanno un elenco di elementi da imparare, tendono a ricordare meglio gli elementi iniziali (effetto primacy) e gli elementi finali (effetto recency), come illustrato in 'Curva di posizione seriale che mostra gli errori nel richiamo in funzione della posizione dell'elemento'. Secondo il modello a due magazzini, gli elementi iniziali ricevono la maggior parte della ripetizione e vengono trasferiti alla MLT, mentre gli ultimi elementi sono ancora nella ML al momento del richiamo. Gli elementi centrali vengono richiamati peggio perché non sono più nella ML al momento del richiamo (essendo stati spinti fuori dagli elementi successivi), ricevono meno ripetizioni rispetto agli elementi iniziali e non sono adeguatamente memorizzati nella MLT.

La ricerca suggerisce, tuttavia, che l'apprendimento possa essere più complesso di quanto stabilito dal modello base a due magazzini (Baddeley, 1998). Un problema è che questo modello non specifica completamente come le informazioni si spostano da un magazzino all'altro. La nozione di processi di controllo è plausibile ma vaga. Potremmo chiederci: perché alcuni input passano dai registri sensoriali alla ML e altri no? Quali meccanismi decidono che le informazioni sono state ripetute abbastanza a lungo e le trasferiscono nella MLT? Come vengono selezionate le informazioni nella MLT per essere attivate? Un'altra preoccupazione è che questo modello sembri più adatto a gestire il materiale verbale. Non è chiaro come si verifichi la rappresentazione non verbale con materiale che potrebbe non essere facilmente verbalizzato, come l'arte moderna e le competenze consolidate.

Il modello è anche vago su ciò che viene realmente appreso. Si considerino le persone che imparano elenchi di parole. Con sillabe senza senso, devono imparare le parole stesse e le posizioni in cui compaiono. Quando conoscono già le parole, devono solo imparare le posizioni; ad esempio, “gatto” appare nella quarta posizione, seguito da “albero”. Le persone devono tenere conto del loro scopo nell'apprendimento e modificare di conseguenza le strategie di apprendimento. Quale meccanismo controlla questi processi?

Anche la questione se tutti i componenti del sistema vengano utilizzati in ogni momento è un problema. La ML è utile quando le persone acquisiscono conoscenza e hanno bisogno di collegare le informazioni in arrivo alla conoscenza nella MLT. Ma facciamo molte cose automaticamente: ci vestiamo, camminiamo, andiamo in bicicletta, rispondiamo a semplici richieste (ad esempio, “Hai l'ora?”). Per molti adulti, la lettura (decodifica) e i semplici calcoli aritmetici sono processi automatici che richiedono poca attenzione ai processi cognitivi. Tale elaborazione automatica potrebbe non richiedere il funzionamento della ML. Come si sviluppa l'elaborazione automatica e quali meccanismi la governano?

Questi e altri problemi non affrontati bene dal modello a due magazzini (ad esempio, il ruolo della motivazione nell'apprendimento e lo sviluppo dell'autoregolamentazione) non confutano il modello; piuttosto, sono problemi da affrontare. Sebbene il modello a due magazzini sia l'esempio più noto della teoria dell'elaborazione delle informazioni, molti ricercatori non lo accettano completamente (Matlin, 2009; Nairne, 2002). Le teorie alternative trattate in questa lezione sono i livelli (o la profondità) di elaborazione e il livello di attivazione, e le più recenti teorie del connessionismo e dell'elaborazione distribuita parallela (PDP). Prima che i componenti del modello a due magazzini vengano descritti in dettaglio, vengono discusse le teorie dei livelli di elaborazione e del livello di attivazione (il connessionismo e la PDP vengono trattati più avanti in questa lezione).

Livelli (Profondità) di Elaborazione

La teoria dei livelli (profondità) di elaborazione concettualizza la memoria in base al tipo di elaborazione che le informazioni ricevono piuttosto che alla loro posizione (Craik, 1979; Craik & Lockhart, 1972; Craik & Tulving, 1975; Lockhart, Craik, & Jacoby, 1976). Questa visione non incorpora stadi o componenti strutturali come la WM o la LTM (Terry, 2009). Piuttosto, esistono diversi modi per elaborare le informazioni (come i livelli o la profondità a cui vengono elaborate): fisico (superficiale), acustico (fonologico, suono), semantico (significato). Questi tre livelli sono dimensionali, con l'elaborazione fisica che è la più superficiale (come la “x” come simbolo privo di significato, come discusso dagli insegnanti nello scenario introduttivo) e l'elaborazione semantica che è la più profonda. Ad esempio, supponiamo che tu stia leggendo e la parola successiva sia scricciolo. Questa parola può essere elaborata a livello superficiale (ad esempio, non è in maiuscolo), a livello fonologico (rime con tana) o a livello semantico (piccolo uccello). Ogni livello rappresenta un tipo di elaborazione più elaborato (più profondo) rispetto al livello precedente; elaborare il significato di scricciolo espande il contenuto informativo dell'elemento più dell'elaborazione acustica, che espande il contenuto più dell'elaborazione a livello superficiale.

Questi tre livelli sembrano concettualmente simili al registro sensoriale, alla WM e alla LTM del modello a due magazzini. Entrambe le visioni sostengono che l'elaborazione diventa più elaborata con stadi o livelli successivi. Il modello dei livelli di elaborazione, tuttavia, non presuppone che i tre tipi di elaborazione costituiscano stadi. Nei livelli di elaborazione, non si deve passare al processo successivo per impegnarsi in un'elaborazione più elaborata; la profondità dell'elaborazione può variare all'interno di un livello. Scricciolo può ricevere un'elaborazione semantica di basso livello (piccolo uccello) o un'elaborazione semantica più estesa (la sua somiglianza e differenza con altri uccelli).

Un'altra differenza tra i due modelli di elaborazione delle informazioni riguarda l'ordine di elaborazione. Il modello a due magazzini presuppone che le informazioni vengano elaborate prima dal registro sensoriale, poi dalla WM e infine dalla LTM. Il modello dei livelli di elaborazione non fa un'assunzione sequenziale. Per essere elaborata a livello di significato, l'informazione non deve essere prima elaborata a livello superficiale e sonoro (al di là dell'elaborazione necessaria per la ricezione dell'informazione) (Lockhart et al., 1976).

I due modelli hanno anche diverse visioni di come il tipo di elaborazione influisce sulla memoria. Nei livelli di elaborazione, più profondo è il livello a cui un elemento viene elaborato, migliore è la memoria perché la traccia mnemonica è più radicata. Gli insegnanti nello scenario di apertura sono preoccupati di come possono aiutare gli studenti a elaborare le informazioni algebriche a un livello più profondo. Una volta che un elemento è elaborato in un punto particolare all'interno di un livello, un'ulteriore elaborazione in quel punto non dovrebbe migliorare la memoria. Al contrario, il modello a due magazzini sostiene che la memoria può essere migliorata con un'ulteriore elaborazione dello stesso tipo. Questo modello prevede che più una lista di elementi viene ripetuta, meglio verrà ricordata.

Alcune prove di ricerca supportano i livelli di elaborazione. Craik e Tulving (1975) hanno presentato agli individui delle parole. Mentre ogni parola veniva presentata, veniva posta loro una domanda a cui rispondere. Le domande erano progettate per facilitare l'elaborazione a un livello particolare. Per l'elaborazione superficiale, alle persone è stato chiesto: “La parola è in lettere maiuscole?” Per l'elaborazione fonologica è stato chiesto loro: “La parola fa rima con treno?” Per l'elaborazione semantica, “La parola si adatterebbe alla frase: ‘Ha incontrato un _____ nella strada’?” Il tempo che le persone hanno trascorso elaborando ai vari livelli è stato controllato. Il loro ricordo è stato migliore quando gli elementi sono stati elaborati a livello semantico, poi a livello fonologico e peggiore a livello superficiale. Questi risultati suggeriscono che la dimenticanza è più probabile con un'elaborazione superficiale e non è dovuta alla perdita di informazioni dalla WM o dalla LTM.

I livelli di elaborazione implicano che la comprensione degli studenti è migliore quando il materiale viene elaborato a livelli più profondi. Glover, Plake, Roberts, Zimmer e Palmere (1981) hanno scoperto che chiedere agli studenti di parafrasare le idee mentre leggono saggi migliorava significativamente il ricordo rispetto alle attività che non attingevano alle conoscenze precedenti (ad esempio, identificare le parole chiave nei saggi). Le istruzioni per leggere lentamente e attentamente non hanno aiutato gli studenti durante il ricordo.

Nonostante questi risultati positivi, la teoria dei livelli di elaborazione ha dei problemi. Una preoccupazione è se l'elaborazione semantica sia sempre più profonda degli altri livelli. I suoni di alcune parole (kaput) sono almeno tanto distintivi quanto i loro significati (“rovinato”). Infatti, il ricordo dipende non solo dal livello di elaborazione ma anche dal tipo di compito di ricordo. Morris, Bransford e Franks (1977) hanno scoperto che, dato un compito di ricordo standard, la codifica semantica produceva risultati migliori della codifica in rima; tuttavia, dato un compito di ricordo che enfatizzava la rima, porre domande in rima durante la codifica produceva un ricordo migliore delle domande semantiche. Moscovitch e Craik (1976) hanno proposto che un'elaborazione più profonda durante l'apprendimento si traduca in una maggiore potenziale prestazione della memoria, ma che tale potenziale si realizzerà solo quando le condizioni al recupero corrispondono a quelle durante l'apprendimento.

Un'altra preoccupazione con la teoria dei livelli di elaborazione è se un'ulteriore elaborazione allo stesso livello produce un ricordo migliore. Nelson (1977) ha dato ai partecipanti una o due ripetizioni di ogni stimolo (parola) elaborato allo stesso livello. Due ripetizioni hanno prodotto un ricordo migliore, contrariamente all'ipotesi dei livelli di elaborazione. Altre ricerche dimostrano che un'ulteriore ripetizione del materiale facilita la ritenzione e il ricordo, nonché l'automaticità dell'elaborazione (Anderson, 1990; Jacoby, Bartz, & Evans, 1978).

Un problema finale riguarda la natura di un livello. I ricercatori hanno sostenuto che la nozione di profondità è vaga, sia nella sua definizione che nella sua misurazione (Terry, 2009). Di conseguenza, non sappiamo come l'elaborazione a diversi livelli influisce sull'apprendimento e sulla memoria (Baddeley, 1978; Nelson, 1977). Il tempo è un criterio scarso del livello perché alcune elaborazioni superficiali (ad esempio, “La parola ha il seguente schema di lettere: consonante-vocale-consonante-consonante-vocale-consonante?”) possono richiedere più tempo dell'elaborazione semantica (“È un tipo di uccello?”). Né il tempo di elaborazione all'interno di un determinato livello è indicativo di un'elaborazione più profonda (Baddeley, 1978, 1998). Una mancanza di chiara comprensione dei livelli (profondità) limita l'utilità di questa prospettiva.

Risolvere questi problemi può richiedere la combinazione dei livelli di elaborazione con l'idea dei due magazzini per produrre un modello di memoria raffinato. Ad esempio, le informazioni nella WM potrebbero essere correlate alla conoscenza nella LTM superficialmente o più elaboratamente. Inoltre, i due magazzini di memoria potrebbero includere livelli di elaborazione all'interno di ciascun magazzino. La codifica semantica nella LTM può portare a una rete di informazioni più estesa e a un modo più significativo di ricordare le informazioni rispetto alla codifica superficiale o fonologica.

Livello di Attivazione

Un concetto alternativo di memoria, ma simile ai modelli a due magazzini e ai livelli di elaborazione, sostiene che le strutture di memoria variano nel loro livello di attivazione (Anderson, 1990). In questa visione, non abbiamo strutture di memoria separate, ma piuttosto una memoria con diversi stati di attivazione. Le informazioni possono essere in uno stato attivo o inattivo. Quando sono attive, le informazioni possono essere accessibili rapidamente. Lo stato attivo viene mantenuto finché si presta attenzione alle informazioni. Senza attenzione, il livello di attivazione decadrà, nel qual caso le informazioni possono essere attivate quando la struttura della memoria viene riattivata (Collins & Loftus, 1975).

Le informazioni attive possono includere informazioni che entrano nel sistema di elaborazione delle informazioni e informazioni che sono state memorizzate nella memoria (Baddeley, 1998). Indipendentemente dalla fonte, le informazioni attive vengono attualmente elaborate o possono essere elaborate rapidamente. Il materiale attivo è approssimativamente sinonimo di WM, ma la prima categoria è più ampia della seconda. La WM include le informazioni nella coscienza immediata, mentre la memoria attiva include tali informazioni più il materiale che può essere accessibile facilmente. Ad esempio, se sto visitando zia Frieda e stiamo ammirando il suo giardino fliore, tali informazioni sono nella WM, ma altre informazioni associate al cortile di zia Frieda (alberi, arbusti, cane) possono essere in uno stato attivo.

La ripetizione consente di mantenere le informazioni in uno stato attivo (Anderson, 1990). Come con la memoria di lavoro, solo un numero limitato di strutture di memoria può essere attivo in un dato momento. Mentre l'attenzione si sposta, il livello di attivazione cambia.

Incontriamo di nuovo l'idea del livello di attivazione più avanti in questa lezione (cioè, la teoria ACT di Anderson) perché il concetto è fondamentale per l'archiviazione delle informazioni e il loro recupero dalla memoria. La nozione di base coinvolge la diffusione dell'attivazione, il che significa che una struttura di memoria può attivare un'altra struttura adiacente (correlata) ad essa (Anderson, 1990). L'attivazione si diffonde dalle porzioni attive a quelle inattive della memoria. Il livello di attivazione dipende dalla forza del percorso lungo il quale si diffonde l'attivazione e dal numero di percorsi concorrenti (interferenti). La diffusione dell'attivazione diventa più probabile con una maggiore pratica, che rafforza le strutture, e meno probabile con la lunghezza dell'intervallo di ritenzione man mano che la forza si indebolisce.

Un vantaggio della teoria del livello di attivazione è che può spiegare il recupero di informazioni dalla memoria. Eliminando la nozione di magazzini di memoria separati, il modello elimina il potenziale problema del trasferimento di informazioni da un magazzino all'altro. La STM (WM) è quella parte della memoria che è attualmente attiva. L'attivazione decade con il passare del tempo, a meno che la ripetizione non mantenga le informazioni attivate (Nairne, 2002).

Allo stesso tempo, il modello del livello di attivazione non è sfuggito ai problemi del doppio magazzino perché anche esso dicotomizza il sistema di informazioni (attivo-inattivo). Abbiamo anche il problema del livello di forza necessario affinché le informazioni passino da uno stato all'altro. Pertanto, sappiamo intuitivamente che le informazioni possono essere parzialmente attivate (ad esempio, un elemento di cruciverba “sulla punta della lingua”—lo sai ma non riesci a ricordarlo), quindi potremmo chiedere quanta attivazione è necessaria affinché il materiale sia considerato attivo. Nonostante queste preoccupazioni, il modello del livello di attivazione offre importanti spunti sull'elaborazione delle informazioni.

Ora esaminiamo più a fondo i componenti del modello a due magazzini: attenzione, percezione, codifica, archiviazione e recupero (Shuell, 1986). La sezione successiva discute l'attenzione; la percezione, la codifica, l'archiviazione e il recupero sono trattati nelle sezioni successive.