El lenguaje y la representación del conocimiento en el marco de la ciencia cognitiva

“libro” — 2016/11/28 — 20:26 — page 1 — #19 Cap´ıtulo 1 El lenguaje y la representaci´on del conocimiento en el marco de la ciencia cognitiva Francisco Jos´ eSalgueroLamillar 1 Los modelos de representaci´on del conocimiento se vienen desarrollando en las ´ultimas d´ecadas desde una perspectiva multidisciplinar que afecta a la teor´ıa de la computaci´on, la psicolog´ıa, la filosof´ıa, la l´ogica y la ling¨ u´ıstica. Dentro de este campo, podemos centrar nuestra atenci´on en el papel que representa el estudio y an´alisis del lenguaje natural humano como facultad de la especie, e intentar explicar los diferentes niveles de representaci´on de las lenguas como un sistema de conocimiento propio del hablante. La descripci´on de los mecanismos de adquisici´on de este sistema de conocimiento, sus relaciones con otros sistemas cognitivos humanos y su funcionamiento y uso como base de algunas de las capacidades intelectuales del hombre debe ser una parte importante en cualquier modelo de representaci´on del conomiento. 1Este trabajo se enmarca en el proyecto de investigaci´on L´ogica y lenguaje: informaci´on yrepresentaci´on(HUM2004-01255/FISO) del Ministerio de Educaci´on y Ciencia. “libro” — 2016/11/28 — 20:26 — page 2 — #20 2 Cap´ıtulo 1. El lenguaje y la representaci´on del. . . 1.1. Delimitaci´on del campo de la ciencia cognitiva La noci´on de ciencia cognitiva es relativamente reciente, aunque hunde sus ra´ıces en planteamientos filos´oficos y psicol´ogicos bastante antiguos. Sin embargo, no es hasta el ´ultimo tercio del siglo XX que aparece definida como tal y que comienza a hablarse de ella como campo cient´ıfico, de la mano del auge adquirido por los modelos ling¨ u´ısticos, psicol´ogicos y computacionales de la mente y la inteligencia. Nos encontramos, por tanto, ante un campo muy amplio de la investigaci´on sobre las capacidades cognitivas del ser humano en el que los modelos formales constituyen el n´ucleo que aglutina a todas las disciplinas que participan en ´el. Estos modelos provienen de la l´ogica y la computaci´on, pero tambi´en de la ling¨ u´ıstica, cuya influencia ha sido muy fuerte, sobre todo desde el ´ambito de la gram´atica generativa y de las gram´aticas formales. Nos vale en este sentido la definici´on que Robert Harnish da en el prefacio de su libro sobre los fundamentos hist´oricos de la ciencia cognitiva [Harnish 2002]: “La ciencia cognitiva es el estudio cient´ıfico de la cognici´on, que recoge contribuciones de campos tan diversos como la psicolog´ıa, la ciencia computacional, la neurociencia, la ling¨ u´ıstica y la filosof´ıa. La idea que aglutina la mayor parte de esta investigaci´on es que el cerebro (neurociencia) es un tipo de dispositivo computacional (ciencia de la computaci´on), y que la cognici´on (psicolog´ıa) estudia su software —los programas que se ejecutan en el cerebro”. Esta met´afora que compara el cerebro humano con un ordenador se encuentra en el centro de la concepci´on m´as restringida de la ciencia cognitiva, como una disciplina interesada fundamentalmente por desarrollar modelos computacionales de la mente humana. Sin embargo, en un sentido m´as amplio podr´ıamos considerar que ciencia cognitiva es cualquier estudio cient´ıfico de la cognici´on humana, ya provenga de la psicolog´ıa cognitiva, de la neurociencia cognitiva, de la antropolog´ıa, la ling¨ u´ıstica o las ciencias computacionales. O, incluso, de la filosof´ıa, tradicionalmente la fuente de la mayor parte de los problemas que interesan acerca del conocimiento humano. Las relaciones entre estas disciplinas han dado lugar a nuevas disciplinas emergentes en el campo de la cognici´on. Es ilustrativo el hex´agono propuesto por Pylyshyn en [Pylyshyn 1983]: “libro” — 2016/11/28 — 20:26 — page 3 — #21 1.1. Delimitaci´on del campo de la ciencia cognitiva 3 Las l´ıneas marcan relaciones entre las disciplinas b´asicas que aparecen en cada uno de los v´ertices. Estas relaciones dan lugar a disciplinas propias del campo de la ciencia cognitiva, como la filosof´ıa de la mente, la filosof´ıa del lenguaje, la simulaci´on computacional de procesos cognitivos, la antropolog´ıa ling¨ u´ıstica, la cibern´etica, el estudio de la evoluci´on del cerebro, la antropolog´ıa cognitiva, la neuropsicolog´ıa, la ling¨ u´ıstica computacional o la neuroling¨ u´ıstica. En la interfaz filosof´ıa-psicolog´ıa encontramos las teor´ıas y los problemas propios de la filosof´ıa de la mente: el concepto de mente y su relaci´on con el organismo humano, las funciones mentales, la conciencia. Algunos de estos problemas, como la relaci´on mente-cerebro, prodr´ıan incardinarse, incluso, en la relaci´on hipot´etica entre filosof´ıa y neurociencia —marcada con una l´ınea discontinua en el hex´agono de Pylyshyn, al no existir una disciplina reconocida como tal por la comunidad cient´ıfica. La filosof´ıa del lenguaje es una disciplina con una larga trayectoria en el pensamiento occidental, que adquiere su m´axima trascendencia en el siglo XX a trav´es de las teor´ıas del significado, del uso y adquisici´on del lenguaje natural humano. Los temas espec´ıficos de la filosof´ıa del lenguaje como el significado de las expresiones ling¨ u´ısticas, su relaci´on con los referentes extraling¨ u´ısticos y su representaci´on mental, la formaci´on de los conceptos, los modelos de interpretaci´on del lenguaje, y la adquisici´on y uso de las habilidades comunicativas por parte del ser humano, son todos ellos asuntos que conciernen a la ciencia cognitiva en alguna medida. El uso de ordenadores para obtener modelos del comportamiento cognitivo es un desarrollo actual en psicolog´ıa cognitiva que ofrece interesantes perspectivas en el estudio del comportamiento inteligente oelcomporta- “libro” — 2016/11/28 — 20:26 — page 4 — #22 4 Cap´ıtulo 1. El lenguaje y la representaci´on del. . . miento social del ser humano. Esta disciplina se encontrar´ıa en la interfaz psicolog´ıa-computaci´on, siendo un campo asociado a la Inteligencia Artificial en el estudio de los procesos cognitivos. Otra de las disciplinas asociadas a la Inteligencia Artificial en el campo de la ciencia cognitiva es la cibern´etica, que surge en la interfaz computaci´onneurociencia. En cibern´etica, el objetivo fundamental es el desarrollo de modelos de la comunicaci´on y el control en el tiempo del comportamiento de sistemas din´amicos (seres vivos o m´aquinas). Su concepci´on por Norbert Wiener [Wiener 1948] tiene que ver con el estudio de lo que ´el llam´o “mecanismos teleol´ogicos”, lo que supone desarrollar modelos de comportamiento en los que el objetivo final influye en los procesos que conducen al mismo. Su aplicaci´on computacional al razonamiento humano y a la resoluci´on de problemas incide directamente en la investigaci´on en ciencia cognitiva. La antropolog´ıa ling¨ u´ıstica surge a principios del siglo XX en el contexto del descriptivismo ling¨ u´ıstico norteamericano. Se encarga de estudiar la variaci´on ling¨ u´ıstica en el tiempo (cambio ling¨ u´ıstico) y en el espacio (dialectolog´ıa, etnoling¨ u´ıstica), siempre desde el punto de vista de las relaciones que se establecen entre el lenguaje, los usos sociales, la cultura y el pensamiento. Algunas de sus teor´ıas son de gran importancia para el estudio de la percepci´on visual y su representaci´on ling¨ u´ıstica, por ejemplo, as´ı como para el estudio de la organizaci´on social de los grupos humanos y sus relaciones con el entorno en el campo amplio de su propia concepci´on del mundo (Weltanschauung). La neuropsicolog´ıa investiga c´omo se relacionan las estructuras cerebrales y sus funciones con determinados procesos psicol´ogicos. Las relaciones entre el sistema nervioso —en particular, el cerebro— y las funciones cognitivas del ser humano se explican en neuropsicolog´ıa a partir de modelos procedentes de la filosof´ıa de la mente y la computaci´on, como pueden ser los modelos de redes neuronales artificiales usados por las teor´ıas coneccionistas sobre el cerebro humano. La antropolog´ıa cognitiva, que surge en la interfaz entre antropolog´ıa y psicolog´ıa, as´ı como las teor´ıas sobre la evoluci´on del cerebro humano y el proceso de hominizaci´on de nuestra especie, que nace de la relaci´on entre antropolog´ıa y neurociencia, proporcionan a la ciencia cognitiva teor´ıas acerca del origen de los procesos intelectivos fundamentales que diferencian nuestra especie de otras especies animales, como el origen del lenguaje o del pensamiento simb´olico. Por otra parte, el estudio de las estructuras y los procesos neurol´ogicos involucrados en la adquisici´on y uso del lenguaje natural conforman el objeto de estudio de la neuroling¨ u´ıstica, en la interfaz ling¨ u´ıstica-neurociencia. “libro” — 2016/11/28 — 20:26 — page 5 — #23 1.2. Modelos del conocimiento humano 5 El origen de la neuroling¨ u´ıstica como disciplina cient´ıfica tiene que ver con las afasias y los trastornos del lenguaje, aunque hoy d´ıa se ha extendido el inter´es hacia la formulaci´on de modelos neurofisiol´ogicos y gen´eticos relacionados con su origen en la especie y su adquisici´on y p´erdida en el individuo. Finalmente, en la interfaz ling¨ u´ıstica-computaci´on encontramos la ling¨ u´ıstica computacional, dedicada al procesamiento del lenguaje natural mediante modelos formales y computacionales de la gram´atica y del habla. El an´alisis y s´ıntesis de voz o la traducci´on autom´atica se encuentran en el centro de la ling¨ u´ıstica computacional en cuanto que disciplina que pretende implementar en los ordenadores la capacidad de producci´on y entendimiento del lenguaje natural humano. Sin embargo, desde el punto de vista de la ciencia cognitiva, son mucho m´as interesantes las gram´aticas formales desarrolladas en las ´ultimas d´ecadas con el objetivo de explicar la complejidad estructural de los sistemas ling¨ u´ısticos, ofreciendo modelos computables de ´estos. En definitiva, la ciencia cognitiva es un campo compuesto por una serie de disciplinas que surgen de la relaci´on entre disciplinas fundamentales del estudio del ser humano y la cognici´on, siempre con un inter´es espec´ıfico en el conocimiento humano y su representaci´on mediante modelos te´oricos o computacionales de la mente y su funcionamiento. Es por ello que los modelos computacionales de representaci´on del conocimiento se hallan en el centro de este campo, de una u otra forma. 1.2. Modelos del conocimiento humano Los problemas del conocimiento son cuestiones abiertas que surcan la historia del pensamiento occidental y que han dado lugar a algunos de los sistemas filos´oficos y a algunas de las teor´ıas sobre la mente humana m´as importantes de la filosof´ıa y la psicolog´ıa. Si tuvi´esemos que simplificarlos en unas pocas cuestiones, estos problemas podr´ıan ser resumidos, fundamentalmente, en tres grandes interrogantes: 1o¿Qu´e es el conocimiento humano, qu´e tipos hay y cu´al es su naturaleza? 2o¿C´omo se adquiere el conocimiento por los individuos? 3o¿C´omo se representa el conocimiento en la mente humana? “libro” — 2016/11/28 — 20:26 — page 6 — #24 6 Cap´ıtulo 1. El lenguaje y la representaci´on del. . . Al primero de estos interrogantes han intentado darle respuesta hist´oricamente la metaf´ısica y la epistemolog´ıa, y s´olo en tiempos m´as recientes la psicolog´ıa cognitiva y la neurolog´ıa. El segundo ha sido tratado por todos los grandes sistemas filos´oficos como parte de la teor´ıa del conocimiento, si bien hoy d´ıa es un tema central en la psicolog´ıa evolutiva del ser humano. Finalmente, el tercero de los tres interrogantes mencionados tiene mucho que ver con la psicolog´ıa general y la teor´ıa de la mente, pero tambi´en con la l´ogica. Es por ello que podr´ıamos a˜nadir una cuarta cuesti´on, que transita por todos los campos anteriormente mencionados: 4o¿Podemos simular el conocimiento humano, su adquisici´on y su representaci´on mediante modelos formales, l´ogicos o computacionales? Las tres cuestiones anteriores requieren respuestas complejas que suponen teor´ıas acerca de la mente humana y su funcionamiento. Estas respuestas son cruciales para poder responder afirmativa o negativamente a la cuarta cuesti´on, por lo que aquellas teor´ıas de la mente que nos permitan decir que s´ı a ´esta ´ultima ser´an, con toda probabilidad, las preferidas en ciencia cognitiva. En relaci´on con este problema, han surgido en los ´ultimos a˜nos teor´ıas y aplicaciones que se proponen representar computacionalmente el conocimiento humano, con el fin de manipular la informaci´on en ´el contenida. La representaci´on del conocimiento propone modelos l´ogicos y computacionales de diferentes aspectos relacionados con los distintos procesos mentales y cognitivos que intervienen en el conocimiento humano, en los que se trata de simplificar su representaci´on con el objeto de hacer m´as simples los modelos a implementar. Algunos de los procesos abordados de esta manera son el razonamiento argumentativo, la transmisi´on de informaci´on mediante elementos referenciales o denotacionales, la transmisi´on de la informaci´on mediante procesos inferenciales, la representaci´on ic´onica, referencial o simb´olica de la realidad, la clasificaci´on y categorizaci´on de los entes, la elaboraci´on de teor´ıas sobre la realidad, la expresi´on del pensamiento, de los sentimientos o de las sensaciones... Dichos procesos pueden ser abordados desde perspectivas diversas, que se clasifican, fundamentalmente, en una perspectiva l´ogica, una perspectiva ontol´ogica, una perspectiva computacional y una perspectiva cognitiva. Todas ellas juntas conforman lo que denominamos representaci´on del conocimiento y las cuatro se interrelacionan y se ceden mutuamente sus modelos y herramientas en la tarea de definir, explicar e implementar las diferentes “libro” — 2016/11/28 — 20:26 — page 7 — #25 1.2. Modelos del conocimiento humano 7 actividades cognitivas del ser humano. De este modo, en palabras de John Sowa [Sowa 2000], “la representaci´on del conocimiento es la aplicaci´on de la l´ogica y la ontolog´ıa a la tarea de construir modelos computables para alg´un dominio”. As´ı, la l´ogica ofrece ´utiles formales para el establecimiento de modelos del razonamiento, la argumentaci´on o la transmisi´on del conocimiento. En este sentido, podemos decir que la l´ogica es la herramienta necesaria para el estudio del razonamiento argumentativo, de la transmisi´on de informaci´on y la inferencia. Los procesos inferenciales de enriquecimiento sem´antico en el discurso ordinario, por ejemplo, forman parte de la teor´ıa ling¨ u´ıstica de la argumentaci´on y del discurso, aunque la perspectiva pragm´atica desde la que se abordan estas cuestiones debe ser completada con el uso de procedimientos l´ogicos de an´alisis. La perspectiva ontol´ogica nos permite definir categor´ıas y dominios con respecto a los objetos a los que se refiere nuestro lenguaje. Desde un punto de vista formal, la ontolog´ıa de una teor´ıa se reduce al dominio en el que se interpretan las variables sobre las que es posible cuantificar dentro de la teor´ıa. La computaci´on usa estos dominios, previamente estructurados como jerarqu´ıas de entidades entre las que se definen ciertas relaciones. Las reglas usadas para definir estas relaciones pueden ser de muy diferentes tipos, aunque todas ellas responden a criterios conceptuales basados en redes sem´anticas b´asicas, representadas como grafos compuestos por v´ertices —que representan conceptos— y l´ıneas —que representan relaciones de sentido entre los conceptos: meronimia, holonimia, hiponimia, hiperonimia, sinonimia, antonimia o causaci´on. Por su parte, la computaci´on nos ofrece las herramientas para el tratamiento de la informaci´on y del conocimiento en el ´ambito de la Inteligencia Artificial. Es evidente que la perspectiva computacional es fundamental en la representaci´on del conocimiento, ya que ´esta trata, como hemos dicho, con modelos computables de la cognici´on. Finalmente, la perspectiva cognitiva plantea modelos del funcionamiento de la mente humana en relaci´on con el resto de las perspectivas anteriores, aport´andoles un dominio de aplicaci´on. Es en este punto donde ciencia cognitiva y representaci´on del conocimiento coinciden, pues es deseable que los modelos computacionales de representaci´on del conocimiento se basen en el funcionamiento real de la percepci´on, la transmisi´on o la manipulaci´on de la informaci´on por la mente. La filosof´ıa de la mente, la psicoling¨ u´ıstica o la ling¨ u´ıstica antropol´ogica tienen mucho que aportar a los modelos computacionales del conocimiento a trav´es de los modelos de comportamiento cognitivo, la cibern´etica y la ling¨ u´ıstica computacional. “libro” — 2016/11/28 — 20:26 — page 8 — #26 8 Cap´ıtulo 1. El lenguaje y la representaci´on del. . . Este punto de encuentro entre ciencia cognitiva y representaci´on del conocimiento se halla claramente en los dominios de la Inteligencia Artificial. En [Davis et al. 1993], Randall Davis, Howard Schrobe y Peter Szlovits establecieron cinco principios b´asicos sobre el papel que la representaci´on del conocimiento debe desempe˜nar en Inteligencia Artificial. Estos principios son los siguientes: 1. La representaci´on del conocimiento es un sustituto, una representaci´on de aquellos objetos, eventos o relaciones que no pueden ser introducidos como tales en un ordenador. Los s´ımbolos usados en representaci´on del conocimiento y las relaciones definidas entre ellos conforman un modelo de un sistema externo, cuyo funcionamiento es simulado por aqu´el. 2. La representaci´on del conocimiento es un conjunto de restricciones ontol´ogicas. El dominio de las entidades consideradas por una teor´ıa o las categor´ıas aceptadas por ´esta determinan la estructura y la funcionalidad de un modelo computacional. 3. La representaci´on del conocimiento es una teor´ıa fragmentaria del razonamiento inteligente que describe el comportamiento y las interacciones de los objetos de un dominio, convirti´endose en una teor´ıa de ´e s t e . 4. La representaci´on del conocimiento es un medio para la computaci´on eficiente. Adem´as de la representaci´on simple del conocimiento, tiene que ofrecer un modo eficiente de implementar dicho conocimiento computacionalmente. 5. La representaci´on del conocimiento es un medio de expresi´on humana en el que el lenguaje usado debe facilitar la comunicaci´on entre el experto en un dominio determinado (v.gr.: la gram´atica) y el experto en computaci´on que pretende implementar dicho dominio. ¿C´omo encajan la teor´ıa del lenguaje o la gram´atica en este entramado? ¿Qu´e papel juega la ling¨ u´ıstica, desde el campo de la cognici´on, en la representaci´on del conocimiento humano con fines computacionales? “libro” — 2016/11/28 — 20:26 — page 9 — #27 1.3. El papel del lenguaje en la cognici´on humana. . . 9 1.3. El papel del lenguaje en la cognici´on humana y en su representaci´on La cuesti´on acerca de la relaci´on entre lenguaje y pensamiento es, quiz´as, una de las m´as debatidas en el ´ambito de la filosof´ıa del lenguaje, pero tambi´en en la psicolog´ıa moderna, en la antropolog´ıa y en la neurociencia. El concepto de pensamiento es usado de modo muy ambiguo en la literatura cl´asica y muchas veces la pregunta por la relaci´on entre lenguaje y pensamiento se encuentra viciada desde el principio al concebirse ´este ´ultimo en t´erminos de la capacidad de verbalizaci´on humana. Pero el pensamiento es algo m´as que la enunciaci´on de ideas. Podemos definirlo como el conjunto de procesos mentales que permiten al individuo interpretar el mundo, sus percepciones, sensaciones o sentimientos. El pensamiento puede ser, por tanto, puramente visual (diagramas, gr´aficos, razonamiento ic´onico); pero tambi´en puede ser verbal (manipulaci´on de la informaci´on mediante s´ımbolos, formaci´on de conceptos, razonamiento argumentativo). Incluso cuando nos encontramos ante pensamiento verbal, tenemos que se puede pensar mediante el uso de s´ımbolos no pertenecientes al lenguaje natural humano (matem´aticas, l´ogica simb´olica) o mediante ´este ´ultimo, en cuyo caso estar´ıamos ante la expresi´on ling¨ u´ıstica del pensamiento. La expresi´on ling¨ u´ıstica del pensamiento es la manera natural que tenemos los seres humanos de transmitir la informaci´on, por lo que se encuentra en la base de la adquisici´on de datos, de la manipulaci´on de los mismos en estructuras informativas, de la transmisi´on del conocimiento derivado de estos datos y del uso que pueda hacerse de ellos para obtener m´as conocimiento. No es de extra˜nar, por tanto, que los conceptos de informaci´on, conocimiento o pensamiento se identifiquen con el lenguaje natural humano, el veh´ıculo natural de su expresi´on. Por lo tanto, la cuesti´on cognitiva central en representaci´on del conocimiento debe ser, no ya c´omo se representa el conocimiento, sin m´as, sino c´omo se representa el conocimiento en la mente del hablante. A partir de su respuesta, podremos plantearnos una cuesti´on secundaria, pero crucial desde la perspectiva computacional: ¿c´omo se representa esta representaci´on mediante algoritmos implementables en un ordenador? Los cient´ıficos computacionales suelen pasar por alto la primera pregunta al plantearse la segunda cuesti´on. Pero, claramente, es primordial establecer las bases cognitivas de las representaciones computacionales del conocimiento antes de abordarlas con seriedad. Pues, si no, se corre el riesgo de trabajar con modelos ad hoc, cuyo inter´es cient´ıfico es limitado, aunque