Capítulo I Teorias e Estudos em Simulação Cognitiva.

1. Introdução.

A Engenharia Cognitiva.

A introdução do computador e da informática nas empresas fez evoluir o trabalho de controle e de regulação de atividades. Em efeito, estas mudanças foram visualizadas nos postos de trabalho (por exemplo, rapidez na execução das tarefas, eliminação de erros, etc.) e, nos métodos e meios colocados para cumprir as tarefas (automatização de rotinas, por exemplo). Neste sentido, a engenharia cognitiva nasceu como conseqüência das modificações produzidas no comportamento cognitivo de um operador numa situação de trabalho.

No entanto, em postos de trabalho informatizados a compreensão do comportamento cognitivo do operador não é possível com a utilização dos métodos adicionais. Por outro lado, neste tipo de situação a engenharia cognitiva idealiza a metodologia de estudo e, desta forma, permite visualizar a atividade cognitiva do operador como um conjunto de elementos complexos e organizados. Porque, ela coloca o operador como o centro neste estudo de concepção.

O objetivo da engenharia cognitiva é estudar a atividade cognitiva do operador para explicar, seus modos de raciocino numa situação de trabalho, formalizar de forma completa e coerente os conhecimentos registrados, organizar estes de forma que representem algum tipo de organização da memória humana, e finalmente, construir ferramentas ou dispositivos de ajuda ao trabalho.

A Engenhara Cognitiva e a Simulação Cognitiva.

A simulação cognitiva é uma técnica que permite simular as estruturas e os mecanismos de raciocínio utilizados pelos operadores no cumprimento de suas atividades. Esta técnica complementa a engenharia cognitiva no sentido de fazer confiáveis os sistemas homem-máquina, porque ela analisa de forma muito ampla as técnicas de apresentação de informação, a criação de ambientes que facilitem o desenvolvimento de interfaces coerentes e facilmente modificáveis, as ajudas inteligentes ao trabalho e o estudo da gênese dos erros humanos (Wood & Roth, em "Cognitive Engeenering, Ed. Handbook of Human Computer Interaction, 1988).

A simulação cognitiva está inspirada em conceitos desenvolvidos na modelagem cognitiva e utiliza os formalismos de representação de estruturas de domínio da Inteligência Artificial (I.A). Esta técnica pode ter duas aplicações:

Numa ótica pragmática. Aplicar as técnicas da engenharia cognitiva e as ferramentas propostas pela I.A (propor ferramentas de ajuda ao trabalho, por exemplo) e,

(2) Numa ótica teórica. Na pesquisa e na modelagem dos processos de funcionamento cognitivo humano.

Um dos aspectos fundamentais da simulação cognitiva é evidenciar a dinâmica que religa as diferentes etapas da tomada de decisão em controle de processos (Rasmussen, 1991). Da mesma forma, esta permite evidenciar as interseções de atividades, quando do tratamento de incidentes em paralelo. Por exemplo, numa situação determinada, um operador pode estar engajado numa fase de diagnóstico, a propósito de um incidente, e ficar atento às variações de certos parâmetros.

A simulação cognitiva se diferencia da abordagem cognitivista clássica por seu aspecto ecológico. Isto é, o simulador cognitivo deve funcionar num simulador de ambiente físico ou deve ser conectado a um sistema em tempo real. Esta união é o que permite ao simulador cognitivo predizer certos aspectos dinâmicos da conduta dos operadores, tal como: a gestão das restrições temporais, os efeitos da carga perceptiva e cognitiva, a relação entre os operadores, a relações entre o diagnostico ou a planificação e a evolução dinâmica das variáveis, etc.

Em relação ao modo de simulação por sistemas especialistas, pode-se dizer que a simulação cognitiva introduz apenas novas condicionantes (são as regras que conduzem a evolução dos parâmetros) sobre o funcionamento do sistema homem-máquina.

Estas condicionantes são essencialmente de natureza psicológica. Elas caracterizam em particular:

* Os mecanismos de controle da atenção;

* O fato que o operador tem capacidade de tratamento da informação limitada,

* As estratégias heurísticas de diagnóstico;

* As estratégias de planificação;

* Os mecanismos de antecipação de estados futuros;

* As regras de comunicação e de troca de informação entre operadores;

* O metaconhecimento;

* Os modos de representação dos conhecimentos.

A diferença entre os modelos de vocação cognitivista clássica e os modelos psicológicos estáticos em relação aos modelos desenvolvidos pela simulação cognitiva é que os primeiros não podem gerar dinamicamente um gerenciamento de processos.

Muitas vezes, pode acontecer que um operador tenha que gerenciar -vários incidentes simultaneamente. Neste caso, ele coloca em funcionamento um certo número de etapas de tomada de decisão, fartamente descrito na literatura (Rasmussen, 1976) tais como: tomada de informação, formulação de hipóteses, etc.

Cada uma dessas etapas é colocada em funcionamento para cada incidente, mas não de forma linear: estas operações podem se sobrepor, ser abandonadas, ou ainda intercaladas.

Um modelo dinâmico de gerenciamento de processos deve poder gerenciar dinamicamente uma tal seqüência de atividades ao longo do tempo. Neste sentido, a simulação cognitiva utiliza o conceito de controle de atenção (quando conste um processo físico).. Sabendo que um operador tem recursos cognitivos limitados, ele deve gerenciá-los de forma ótima" e para isto, ele deve permanentemente alocar seus recursos cognitivos, seja à análise de dados provenientes do ambiente (processo de diagnóstico), seja à gestão das hipóteses, seja ainda para executar uma ação.

Os recursos cognitivos podem ser alocados na tomada de informação passiva (atividade cognitiva dirigida por dados) e/ou na tomada de informação orientada (atividade controlada por conceitos).

A alocação de recursos é guiada por vários princípios:

i) As informações mais importantes são adquiridas prioritariamente;

ii) As informações provenientes do ambiente são percebidas em função de sua "pregnância" (alarmes, indicadores principais, etc.);

iii) Quanto mais importante for a carga de trabalho, maiores são as limitações de tomada de informação. A carga de trabalho pode ser avaliada pelo número de hipóteses em cursos de elaboração, o trabalho da lista das operações em espera, etc.

Desta forma, a simulação cognitiva faz, de certa forma, uma ligação entre:

i) Os modelos estáticos que tratam sobretudo da representação dos conhecimentos e dos modos de raciocínio;

li) E os modelos de tipo sistema especialista, que tratam os aspectos cognitivos, apenas sob o ângulo da produção do comportamento.

2. A abordagem baseada na simulação cognitiva.

A ergonomia de concepção analisa a atividade real, como foi explicado anteriormente. No entanto, ela não tem um dispositivo cooperativo que lhe ajude a engendrar as modificações mais importantes nos modos de funcionamento cognitivo do operador. A desenvolveu-se aqui uma metodologia de análise específica que permitiu antecipar certos modos de funcionamento dos operadores nas situações futuras de trabalho. Esta metodologia esta baseada na noção de simulação cognitiva Nesta concepção, os conhecimentos e os mecanismos de regulação cognitiva empregados pelos operadores são representados numa linguagem simbólica. Estes são depois simulados de maneira a testar as reações do sistema nos diferentes cenários. Variando simbolicamente os recursos cognitivos dos operadores (por exemplo, percepção dos dados, tratamento das hipóteses, etc.) ou as características do ambiente (por exemplo, tipos de organização do trabalho, diferentes dispositivos, etc.), a simulação permitirá extrapolar os limites operacionais do sistema.

A simulação cognitiva é uma técnica que se inspira nos conceitos desenvolvidos na modelagem cognitiva e utiliza os recursos de domínio da Inteligência Artificial (IA.) para formalizar e representar os conhecimentos. Seu objetivo é ter um modelo executável, que possa simular (sob a forma de um programa computacional), as etapas de raciocínio, desenvolvidas por um operador humano, quando da realização de uma determinada atividade. Neste sentido, é necessário obter um certo isomorfismo entre a organização, que subentende estes raciocínios e a arquitetura informática.

Abordagens mais recentes na simulação cognitiva (Bersini, 1989; Wood & Roth & Pople, 1987A/B) mostram uma tentativa de resposta à questão: "como prever de forma preliminar os campos de funcionamento e disfuncionamento de sistemas homens-máquinas complexos, quando não é mais possível extrapolar o futuro, a partir do passado ou a partir dos métodos tradicionais de prototipagem?" (Pavard & Salembier & Benchekroun & de Medeiros, 1989). A resposta dada pela simulação cognitiva à questão é interessante porque certos princípios são bem adaptados à atividade de previsão:

(1) A simulação cogitava apoia-se nas representações e nas operações simbólicas, da mesma forma, nos mecanismos de base que dão início as atividades cogitavas do homem (por exemplo, planificação, diagnóstico, regulado, etc.). Assim, criar um modelo computacional para predizer os mecanismos cognitivos é muito importante, porque a ~ de simulações é possível explorar um grande número de cenários.

(2) A hipótese de base, é que o homem tem uma capacidade limitada de tratamento de informação. Assim sendo, ele deve então, a cada instante, alocar seus recursos cognitivos, nas atividades de tomada de informações, no tratamento destas informações, ou ainda, nas ações sobre o processo.

(3) A modelagem cognitiva que precede à simulação cognitiva deve estar baseada sobre situações reais de trabalho e, não em estudos de laboratório.

O papel da Simulação Cognitiva é reproduzir com inteira fidelidade o funcionamento dos processos cognitivos do operador num ambiente de trabalho complexo e dinâmico, para predizer de modo causal a gênese da tomada de decisão. Esta teoria não só deve capturar generalizações sobre os fatos, os comportamentos ou os estados internos da mente. Ela deve gerar de uma maneira causal exemplos de comportamento. No entanto, não é necessário inserir o modelo cognitivo numa arquitetura computacional, o modelo pode ser puramente conceitual. Este pode servir para guiar a análise cognitiva da tarefa no objetivo de predizer as atividades cognitivas de um operador como base de uma concepção.

A simulação cognitiva depende estritamente da elaboração de uma modelo cognitivo formal e, por outro lado, dos objetivos da modelagem. Assim, segundo estes objetivos, a simulação pode ser utilizada como:

Teste de modelos cognitivos: A simulação cognitiva é realizada para provar o modelo teórico e, assim transformá-lo num modelo ideal (por exemplo, dispositivo automático). Nesta abordagem, a simulação está mais dirigida a analisar os mecanismos de regulação das atividades cognitivas do homem e, aos efeitos das características próprias do ambiente de trabalho que tem um papel complementar. As características da simulação cognitiva dependem dos objetivos dos modelos construídos:

i) Abordar deforma ascendente, uma atividade particular bem definida. Para tanto é necessária uma análise fina dos mecanismos cognitivos do operador. Por exemplo, o modelo do piloto de combate desenvolvido pelo CERMA (uma missão a baixa altitude e a grande velocidade em vôos de combate). O modelo cognitivo é informatizado, em vista de sua simulação (Almalberti & Valot, 1990; Almalberti, 1991 A/B).

ii) Abordar de forma descendente, uma atividade baseando-se nos conhecimentos do processo cognitivo do operador, que são colocados em evidência através de experiências num laboratório. Por exemplo, os processos de "SIMILARITY MATCHING" e de "FREQUENCY GLAMBLING", definidos por Reason em 1980, e retomados no simulador ISPRA. (Cacciabue & Decortis & Drozdowicz & Masson & Nordvik , 1991). Para tanto a priori uma arquitetura cognitiva é definida.

iii) Abordar de forma Mista ou seja, um modelo cognitivo é construído em função de uma teoria (por exemplo, a estrutura da base de conhecimento é de tipo blackboard) e de uma situação real. Por exemplo, o modelo WESTINGHOUSE que simula o comportamento dos operadores que controlam um processo nuclear (Wood & Roth, 1988; Wood & Roth & Pople, 1897 A/B). Este modelo tem uma arquitetura cognitiva adaptada ao tratamento das informações no tempo. Ele foi elaborado a partir de um ambiente computacional complexo (máquinas Lips), que toma difícil as possibilidades de transferências dos conhecimentos e suas possibilidades de modificação.

As abordagens descendentes e ascendentes apresentam vantagens e inconvenientes que lhes são próprias.

* A abordagem ascendente conduz a tratar conjuntamente, o problema do conteúdo semântico dos conhecimentos específicos do campo tratado, e aquele da arquitetura cognitiva (os diferentes tipos de conhecimentos utilizados: conhecimentos profundos, de superfície, prototípicos e, os processos de ativação e de funcionamento desses conhecimentos).

As escolhas que são realizadas, a propósito da estrutura do modelo, são oportunamente determinadas pela especificidade da situação. Neste caso, a eficácia do modelo cresce para uma determinada situação, mas restringe suas capacidades de generalização para outros tipos de atividades.

Por exemplo, definindo-se uma arquitetura cognitiva, a partir do estudo da atividade de condução de um automóvel, deve-se dar um lugar importante (senão predominante no caso de um condutor experimentado, em situação real) à componente sensorial-motora e aos aspectos da atividade cognitiva fortemente automatizada. Esta arquitetura somente será transponível para situações que apresentam as mesmas características, em termos da natureza dos níveis de tratamento cognitivo e dos tipos de conhecimentos desenvolvidos.

A adoção de uma abordagem puramente ascendente conduz, então, a desenvolver um modelo específico de uma atividade cognitiva particular, que é dificilmente adaptável, quando a situação muda.

* A abordagem descendente permite, teoricamente, evitar este problema, na medida em que ela postula desde o início, a dependência de uma arquitetura cognitiva, em relação às situações consideradas. Neste sentido, ela trabalha aos níveis dos mecanismos de tratamento e de estocagem da informação do operador humano. Ver modelo ACT, desenvolvido por Anderson (Vergara, 1990B).

Os dados empíricos de base, que alimentam o desenvolvimento de um tal simulador, são provenientes de resultados experimentais obtidos em tarefas de laboratório, que são uma redução de uma situação real de trabalho. Este tipo de abordagem é característico da pesquisa fundamental em psicologia, que visa colocar em evidência resultados gerais, sobre o funcionamento cognitivo humano, independentemente da situação de trabalho.

Fixando-se como objetivo o desenvolvimento de um simulador, para um determinado tipo de atividade (controle de processo, por exemplo), esta abordagem é pouco pertinente. De fato, a fim de especificar, por exemplo, os tipos de conhecimentos que serão integrados na arquitetura cognitiva, e necessário dispor de dados sobre a atividade real dos operadores na situação alvo escolhida: por que então, postular a existência de um estrato de representação dos conhecimentos profundos, por exemplo, se a quase totalidade da atividade utiliza os conhecimentos de superfície ?

Assim sendo, é a especificidade da situação a ser analisada que, além do conteúdo semântico dos conhecimentos, vai orientar a importância relativa a ser dada às diversas componentes da arquitetura cognitiva. Todavia, pode-se cair nas limitações puramente ascendente, isto é a limitação das capacidades de generalizações e limitação das possibilidades de extensão da arquitetura cognitiva.

Isto toma-se mais problemático, quando se trata de situações complexas, porque colocam em jogo diferentes tipos de atividades. No caso de controle de processo, por exemplo, é claro que a atividade cognitiva dos operadores será diferente, dependendo se eles se encontram numa situação de condução normal, de recuperação de incidentes utilizando procedimentos preestabelecidos ou ainda, de diagnóstico sem procedimentos preestabelecidos, que exigem uma atividade de resolução de problemas.

Outros fatores a serem levados em consideração e que vão determinar o tipo de atividade cognitiva desenvolvida, são:

* As características do dispositivo técnico através do qual os operadores vão intervir sobre o processo (configuração do sistema de controle/comando).

* O tipo dos procedimentos de condução (condução por estados, por exemplo).

* O nível de formação dos operadores.

Neste sentido, parece então, mais razoável definir um tipo de atividade (tarefa), particular, sobre a qual se centrará a fase inicial da análise. Esta escolha, deverá ser realizada a partir das necessidades, identificadas pelos futuros usuários, sob reserva das possibilidades de acesso a situação real de trabalho.

Por outro lado, é importante, desde o início, refletir sobre às condições de extensão do simulador cognitivo à outras situações. Isto necessita, então, de uma reflexão a respeito da arquitetura cognitiva a ser desenvolvida e sobre sua realização informática. O objetivo é chegar a definir, rapidamente, as bases de uma arquitetura, suficientemente flexível, para tratar novas situações. Esta fase do projeto será realizada, a partir da análise dos estudos que já foram desenvolvidos, em situações de controle de processo (estudo bibliográfico), a partir da análise crítica dos simuladores e, a partir de um trabalho de maquetagem visando testar as opções arquiteturais, ao nível das capacidades funcionais e de interação de novos módulos (raciocínio sobre dados Qualitativos, raciocínio temporal, planificação, etc.).

A metodologia que nós adotamos visa, então, manter um certo equilíbrio entre a "eficácia" do simulador (adequação a situação inicial tratada) e capacidade de extensão (aplicação à outras situações de controle de processo). Assim é necessário trabalhar tanto numa ótica ascendente (análise das atividades dos operadores em situação real do trabalho ou recriada, a partir de diversos suportes: gravação em fitas de vídeo, fichas de incidentes, observações + entrevistas, como descendentes (trabalho sobre a arquitetura cognitiva e sua implementação).

2) Uma ferramenta analítica. A simulação cognitiva é utilizada como uma ferramenta metodológica de apoio à concepção de DCAT (concepção de ferramentas cooperativas de ajuda ao trabalho). Por exemplo, as aplicações do grupo de engenharia cognitiva (Pavard & Salembier & Benchekroun & de Medeiros, 1989; Pavard & Benchekroun & Salembier, 1991) neste tipo de concepção. O fundamento desta concepção é a relação existente entre as características do ambiente de trabalho (por exemplo, as interfaces, as comunicações, etc.) e os mecanismos de regulação das atividades cognitivas.

A metodologia (Pavard & Salembier, 1990) desenvolvida permite identificar a partir da análise das atividades, os elementos funcionais do ambiente de trabalho que são considerados nos diferentes níveis da carga de trabalho. Este primeiro nível de análise mostra as relações de causalidade entre as diferentes estratégias cognitivas, carga de trabalho e as propriedades funcionais da ferramenta. Numa segunda etapa, um modelo dinâmico é desenvolvido e testado, centrado nas relações de causalidade, a partir de cenários reais.

Finalmente, o modelo é configurado em função do novo posto de trabalho. Esta última etapa permite analisar formalmente o impacto de um novo ambiente de trabalho sobre a atividade dos operadores.

Esta metodologia foi utilizada no desenvolvimento de uma ferramenta de comunicação num centro de tratamento de chamadas de urgência medicais SAMU (Benchekroun & Pavard, 1991).

Esta metodologia comparada com outras de concepção clássica concede uma maior precisão na concepção de sistemas, porque:

i) Nos métodos tradicionais de "maquetagem/prototipagem", as situações podem ser racionalmente testadas com a ajuda de simuladores. Mas, estes testes só abrangem uma ínfima parte da união dos casos possíveis no sistema. As causas podem ser atribuídas à duração dos testes ou ao custo de mobilização dos operadores especialistas.

ii) No caso da análise de uma situação futura provável (Daniellou & Garrigou, 1990) este método tem demonstrado sua capacidade para orientar as decisões de concepção e suas possibilidades de integração em um projeto industrial. No entanto, seu poder preditivo ainda resulta limitado, porque esta metodologia requer uma situação de referência real num outro domínio que seja próxima à situação futura no domínio de estudo.

iii) No caso dos métodos de simulação das interações entre os operadores e um dispositivo inteligente (Carrol & Aaronson, 1988; Claes & Salembier, 1991 - Cahour, 1989) estes métodos constituem um aporte importante na concepção de uma certa categoria de sistemas (por exemplo, sistemas de ajuda, interfaces em linguagem natural, tutores inteligentes). No entanto, eles só podem ser aplicados a situações muito particulares.

Nesta década, a união de várias correntes de conhecimentos acadêmicas têm provocado mudanças impressionantes na forma de pensar, mecânica e matemática, do funcionamento e da organização da memória humana, que partem de concepções metafísicas do início do Renascimento. Esta congruência de correntes ainda não está bem solidificada como ciência. No entanto, ela têm um interesse principal que é a gênese, a estrutura e as regras de utilização dos conhecimentos. No centro desta ''união de disciplinas" encontra-se a Ciência da Cognição.

O objetivo da Ciência da Cognição é essencialmente o conhecimento virtual. Isto é, a união das condições estruturais e funcionais mínimas que permitam perceber, representas, recuperar e utilizar a informação. Esta é uma ciência da competência cognitiva, porque forma e produz conhecimento que manifestam variações materiais de um determinado sistema (Tiberghien, 1989). Em outros termos, a ciência da cognição e a ciência da organização, da manipulação e da transferência da informação simbólica ou analógica. As ciências e as disciplinas que conformam esta ciência ainda estão muito longe de serem unificadas atualmente, mas eles se manifestam de modo polimorfo sob diferentes nomes (por exemplo, Sistemática, Ciências dos Sistemas, "Computer Science", etc.). A união destes deve-se, à diversidade de sistemas (naturais, biológicos, psicológicos, sociológicos ou econômicos), de diferentes desempenhos cognitivos, e aos sistemas construídos pelo homem que brotam de urna mesma estrutura cognitiva. Isto é, de um verdadeiro conhecimento virtual. Todos estes sistemas naturais têm características comuns, com diversos graus, que eles devem perceber, compreender, resolver problemas e agir (Anderson, 1984- Harris & Helander, 1984 Hoc, 1987; Richard, 1990; Dubois, 1991). Assim, a Ciência da Cognição é relacionada com a organização da informação e as funções que permitem tais atos de conhecimento. Uma ciência da comunicação entre diferentes sistemas de conhecimento. Uma ciência que examina os problemas de linguagem, memória e cognição.

A Ciência da Cognição é uma conseqüência de uma tríplice revolução epistemológica que tem afetado respectivamente a Psicologia, a lingüística e a Informática.

A Psicologia Cognitiva afirma que os conhecimentos e os estímulos provocados são associados e, os comportamentos devem ser um ponto de partida para atender as realidades inobserváveis e hipotéticas que têm por nome: representação, conhecimento, intencionalidade, etc. De fato, estas são características da consciência. A revolução epistemológica na Psicologia resulta da transferência teórica do conceito de comportamento ao conceito de conhecimento.

A Lingüística é inicialmente preocupada pela estrutura sintática do discurso. A linguagem é, às vezes, considerada como uma das propriedades especificas da experiência humana. Além das produções da língua observáveis e das estruturas de superfície encontram-se sem dúvida as estruturas mais fundamentais, as estruturas profundas que a determinam. Assim existe uma relação entre a distinção de "desempenho e competência". A revolução Lingüística foi uma revolução formalista, postulando que o real pode ser descritivo para a aplicação das regras de escritura, (Tiberghien, 1989).

A Informática tem toda uma tecnologia de manipulação de informação na forma simbólica. Uma ciência se define por seu objetivo e por seu método. A Informática dispõe de um método (lógica formal) mais seu objetivo é informatizar-se. Isto é, o cálculo dele mesmo.(Tiberghien, 1989).

A revolução epistemológica da Informática consistiu em encontrar um objeto diferente de uma informação multiforme. Isto é, o objeto será o conhecimento dele mesmo e não tal formalização lógica matemática de conhecimentos. O desenvolvimento rápido da I.A. trouxe como conseqüência uma mudança radical deste ponto de vista.

A Informática teórica tradicional define um programa como a aplicação de um algoritmo a certos fatos e, a I.A. vai definir um sistema inteligente como resultado da aplicação dos mecanismos de inferência dos conhecimentos. Isto é, fatos estruturados. O objetivo da I.A. em um projeto é pois construir modelos informáticos do conhecimento. Neste caso, i ente, o conhecimento é o motor da revolução Informática como é no caso da Psicologia e da Lingüística.

Assim a convergência destas três revoluções espistemológicas têm provocado importantes transformações na interação das diversas disciplinas, porque elas têm em comum interrogações teóricas e experimentais do conceito do conhecimento. Elas têm por objetivo elaborar uma teoria geral do conhecimento, quais sejam suas formas de realização. Elas consideram que o estudo das estruturas e das propriedades funcionais da inteligência pode servir para a construção de artifícios susceptíveis à simulação. Eles .. I esperam que a engenharia destes sistemas artificiais do conhecimento permitirá compreender nossa inteligência.

Esta é a ambição destas ciências e as tecnologia do conhecimento colaboram ente na obtenção deste objetivo.

A Tecnologia do Conhecimento ou a Engenharia do Conhecimento é uma associação ínfima entre a Teoria do Conhecimento e as Ciências da Ação. Isto é, a união de "pesquisa e desenvolvimento" (Reason, 1986; Hoc, 1989A; Rasmussen & Goodstein, 1988). Assim, o objetivo dela é construir sistemas a base de conhecimentos susceptíveis de prolongar e ampliar as capacidades humanas de percepção, de aprendizagem de compreensão, de resolução de problemas e de ação. O objetivo social é construir máquinas "pensantes" (Tiberghien, 1989; Kolodner, 1991).

3. Os aportes da simulação cognitiva à concepção de sistemas.

3.1 A Simulação Cognitiva: ferramenta de análise em situações complexas.

Um simulador cognitivo deve ter armazenado na sua base de conhecimento as características e os diferentes cenários de um sistema complexo e, por outro lado, os conhecimentos sobre os comportamentos cognitivos dos operadores. Estes conhecimentos são muito importantes e, muitas vezes, os engenheiros são conduzidos a definir as funcionalidades de um sistema técnico antes de conhecer as propriedades exatas destes ou as múltiplas interações entre os componentes do sistema e do operador humano. Sendo assim, na prática, o simulador cognitivo, interage dinamicamente com seu ambiente. Uma decisão planifica o progresso do sistema (por exemplo, a tomada de informação sobre o modelo físico) ou pode ser interrompida por um evento exterior, se ele a julga corno importante. Inversamente, uma informação não atendida mais importante pode ser ignorada se o simulador está comprometido em uma atividade que utiliza seus recursos.

Esta ferramenta (simulação cognitiva) tem como princípio simular a dinâmica do raciocínio humano, realizando uma tarefa, caracterizando-se fundamentalmente pela consideração da causalidade no encadeamento dos processos cognitivos (em situações normais ou incidentais) na realização de uma atividade.

Assim, em função das estratégias de alocação dos recursos cognitivos, que variam de uma pessoa para outra, em função dos conhecimentos que a pessoa têm sobre um determinado sistema físico ou processo e de sua dinâmica o modelo vai poder, de forma causal, gerar a formação das intenções e as ações do indivíduo.

Esta escolha de alocação de recursos é guiada por vários principias:

(1) As informações mais importantes são adquiridas prioritariamente;

(2) As informações provenientes do ambiente são percebidos em função de sua "importância" (alarmes, indicadores principais, etc.);

(3) A carga de trabalho é importante, mais as possibilidades de tomada de informação são limitadas. Assim, esta carga pode ser avaliada pelo número de hipóteses em curso de elaboração, o comprimento da lista de operações em espera, etc.

3.2 A utilização do simulador cognitivo.

3.2.1 Consulta-Ensino-Aprendizagem.

De todos os simuladores concebidos, os simuladores "pedagógicos" são os mais numerosos e os mais empregados. Estes, informatizados, podem ensinar e capacitar os operadores que realizam uma determinada atividade, na medida em que o modelo está baseado no estudo cognitivo desses operadores, reproduzindo de forma aproximada, o conhecimento e o raciocínio utilizado no diagnóstico ou na planificação de um problema.

Michaut (1970) indicou alguns parâmetros para a concepção dos simuladores pedagógicos e sublinhou que todo ensino deve repousar na análise da atividade da conduta cognitiva do operador. Desta forma, o simulador cognitivo deve integrar um programa de formação que compreenda a análise da situação, o processo de raciocínio do operador, as considerações do porque uma decisão, etc.

No curso da aprendizagem, o aluno deve assimilar esquemas de respostas ou conselhos para a tomada de decisão. Esta situação permitir-lhe-á adquirir certos conhecimentos sobre diversas atividades que ele poderá encontrar no posto de trabalho.

No entanto, o processo de aprendizagem do operador será estruturado em condições que permitam o desenrolar da atividade real. Isto é, os deslocamentos dos quadros de ensino terão uma verdadeira ligação entre as ações e as respostas da atividade.

Em definitivo, pode-se supor que o simulador poderá intervir em dois momentos diferentes na formação do operador:

(1) No início, no reconhecimento das situações e,

(2) No fim, na aquisição de esquemas de conhecimento. Ele será manifestado em um repertório de explicações e planos de ação (estratégias cognitivas) de casos passados.

3.2.2 Pesquisa.

As principais justificativas para o emprego da simulação cognitiva são:

(1) Melhorar o desenho de sistemas levando em conta a execução dos procedimentos escritos, as possibilidades de falha do operador, etc.

(2) Analisar os casos hipotéticos de um sistema (por razões de segurança);

(3) Examinar várias populações de operadores e suas implicadas conseqüências

(Salembier & Pavard & Benchekroun & de Medeiros, 1990). Isto é, testar certas características dos operadores (principiantes ou especialistas) e suas adequações às situações em uma perspectiva de formação;

(4) Pesquisar as causalidades dos eventos, tecnologicamente, muitas vezes difíceis de realizar no campo do ensaio. Isto é, os parâmetros estudados de uma determinada situação podem ser variados e testados de uma forma dinâmica (modelo da atividade);

(5) Fornecer uma ajuda na interpretação (por meio das hipóteses ou intenções) das atividades realizadas do operador na realização de sua tarefa (tomada de decisão). Estas ações permitem um avanço na compreensão do conhecimento e na modelagem das atividades cognitivas.

A pesquisa sobre um simulador resulta interessante, porque as ações, as vezes, são difíceis de serem testadas, sobre o lugar dos acontecimentos e, a validade da Simulação é urna dinâmica para as alternativas testadas.

4. A modelagem da atividade cognitiva.

O termo modelo cognitivo nos estudos das interações homem-máquina tem uma significação específica, "representar numa arquitetura integrada, as atividades cognitivas dos operadores interagindo com um sistema físico complexo".

O modelo cognitivo do operador não deve ser uma cópia fiel do comportamento de um operador ideal. Por uma parte, como todo modelo, ele não deve pretender explicar todas as uniões dos fenômenos relativos aos problemas passados mas, deve descrever e talvez explicar certos aspectos cognitivos essenciais do operador. Por outro lado, sob uma ótica da engenharia, a concepção deste tipo de modelo é, às vezes, considerado como um ambiente próprio para a simulação de um sistema complexo. Desta forma, ele pode ser ajustado (de uma situação atual) a uma situação futura (Decortis & Cacciabue, 1991).

O objetivo da modelagem cognitiva é importante, porque ela unifica as diversas disciplinas que influenciam sua estruturação. Por exemplo, a I.A. na formalização dos conhecimentos. No entanto, podemos distinguir duas perspectivas nesta disciplina: a unitária e a dualista.

Na teoria unitária existe uma identidade entre a I.A. e a psicologia. O homem é considerado como um Sistema de Tratamento de Informação (S.T.I., Newell & Simon, 1971). Os conceitos da teoria têm uma justificativa psicológica através de dados experimental s e uma justificativa informática através de um programa. A validação é tratada pela simulação dos resultados experimentais num programa. Isto é, a comparação das etapas de raciocínio verbalizados pelo operador e as etapas lógicas do programa.

Na perspectiva dualista separa-se estas duas abordagens. A I.A. oferece ferramentas que podem ser utilizadas por uma teoria psicológica. A afirmação que o homem é um S.T.I. não é mais que uma metáfora que permite propor novos conceitos psicológicos. A I.A. fornece ferramentas de formalização dos conhecimentos tal como as redes semânticas, os esquemas, as regras de produção, etc., que permitem o desenvolvimento de modelos cognitivos e de uma teoria psicológica (ver Vergara, 1990B).

O modelo idealizado não deve, necessariamente, ser implementado numa arquitetura computacional, mas ele deve traduzir os conceitos psicológicos da teoria. Nesta perspectiva, a teoria psicológica é fundamental, porque o modelo e o programa na sua construção devem descrever esta teoria.

A abordagem que é defendida aqui responde à perspectiva dualista. Os formalismos da I.A. e as teorias da psicologia cognitiva são utilizados para o desenvolvimento de um modelo da atividade cognitiva de diagnóstico.

Existem diferentes etapas na modelagem cognitiva que podem ser resumidas nos três pontos seguintes:

(1) A formalização da caixa preta do modelo, os mecanismos cognitivos, os conhecimentos, as estratégias e os raciocínios, e a organização dos conhecimentos.

(2) A coleta das "entradas" do modelo na medida de seu desenvolvimento.

(3) A validação do modelo. O modelo representa a realidade de uma situação de

trabalho ?

Os dados obtidos do mundo real permitem conceber o modelo e sua fidelidade. Em retomo, o modelo e as questões que ele possui permitem formular novas hipóteses sobre uma situação real de trabalho. A modelagem e a implementação impõem uma explicação detalhada das hipótese psicológicas, dos elementos do modelo e seus critérios de utilização, e uma definição precisa de sua articulação.

Estas análises conduzem a novas questões, novas hipóteses que não tinham sido formuladas no início. O processo de modelagem tem, também, um valor heurístico pelas hipóteses de pesquisa empírica.

O interesse do modelo cognitivo é a procura das primitivas do conhecimento e dos mecanismos cognitivos. Por exemplo, os aspectos cognitivos que respondam a, como o operador tal ou qual coisa?

Nossa pesquisa de modelagem cognitiva do operador toma um caso particular do processo de resolução de problemas: o raciocínio analógico utilizado pelos operadores na tarefa de controle da distribuição manutenção da rede de energia elétrica.

Os processos de raciocínio por analogia são, às vezes, complexos de entender e explicar como será visto posteriormente.

4.1 Os modelos psicológicos da atividade cognitiva.

O papel dos modelos em psicologia é de propor explicações que permitam coordenar os fatos e mostrar uma visão sintética, econômica e heurística de uma determinada situação cognitiva. Em geral, os modelos de atividade dispõem de uma linguagem de expressão e de formalização. Por exemplo, o modelo de Anderson (1983) fornece um quadro geral para a simulação de diversos tipos de atividades cognitivas (mais informação ver anexo I, Vergara, 1990B).

Tiberghien distingue três tipos de modelos:

(1) Os modelos funcionais,

(2) Os modelos estruturais e,

(3) Os modelos mistos.

Os modelos funcionais aparecem, freqüentemente, sob a forma de uma seqüência de expressões matemáticas que resumem uma relação entre dois conjuntos de variáveis. Isto é, eles são basicamente estruturados de expressões matemáticas e estas manifestam uma relação entre a união das variáveis. O objetivo não é de minimizar o processo estudado, mas de exprimir uma relação observada.

Os modelos estruturais são estáticos e expressam a organização das relações entre os conhecimentos. Normalmente, este tipo de modelo é utilizado na representação das atividades de diagnóstico e, a representação dos conhecimentos é feita em redes semânticas.

Os modelos mistos interagem os diversos aspectos dos modelos e ais e funcionais.

4.2 O aporte da ergonomia no processo da modelagem cognitiva.

A contribuição da ergonomia na modelagem cognitiva se situa essencialmente ao nível metodológico. De fato, pode-se observar que as abordagens utilizadas em I.A. e em Psicologia Cognitiva apresentam certas limitações que a análise ergonômica do trabalho é suscetível de ultrapassar.

A modelagem cognitiva, com simulação em computador, foi abordada de dois pontos de vista, metodologicamente distintos:

(1) A abordagem tirada da Psicologia Cognitiva se desenvolve segundo as seguintes etapas: levantamento de dados experimentais, elaboração de uma teoria explicando os resultados, elaboração de um programa computacional e sua simulação com os dados experimentais.

(2) A parte "cognitiva" da I.A. adota uma abordagem indutiva. As decisões tomadas baseiam-se essencialmente sobre critérios de "necessidade indutiva" e de coerência interna do sistema. A fase da simulação vem a confirmar ou refutar estas escolhas.

A Psicologia Cognitiva, seja aplicando uma abordagem experimental clássica com validação estatística dos resultados, seja utilizando a simulação por computador para testar seus modelos, geralmente se interessa por situações simplificadas, "controláveis", e tenta, posteriormente, generalizar os resultados obtidos em laboratório, a situações reais. No entanto, a Inteligência Artificial baseia, geralmente, suas escolhas concertas, na intuição do pesquisador, fora de qualquer fonte de dados.

A partir dos métodos de análise da atividade, em situação real de trabalho, que a ergonomia desenvolveu, pode-se oferecer uma alternativa apreciável às duas abordagens de concepção, levantadas anteriormente. Ela deve, notadamente, permitir propor uma resposta ao problema de subdeteminação pelos dados, que caracteriza certos simuladores cognitivos. Nota-se que a abordagem da análise ergonômica do trabalho é, particularmente, bem adaptada a problemática da simulação cognitiva.

Outra contribuição chave da ergonomia cognitiva nas pesquisas do comportamento humano é o desenvolvimento de simulações e paradigmas na modelagem cognitiva. Estes são necessários no desenvolvimento de Sistemas de Apoio à Decisão (S.A.D.) e em sistemas interativos para treinamento e reciclagem do pessoal.

Nestes dois campos, as técnicas computacionais avançadas (lógica difusa algoritmos genéticos, programação orientada por objetos, etc.) e as simulações de ambientes de trabalho têm permitido um avanço considerável. Desta forma, o modelo comportamental do operador permite uma abordagem para melhorar o desenvolvimento das ferramentas de apoio à decisão e o desenvolvimento de programas de treinamento aos operadores que gerenciam plantas complexas. O problema no campo dos S.A.D. surge quando nenhum operador ou sistema é confiável para realizar a detecção ou o diagnóstico de uma situação com absoluta certeza. Nestes casos, uma participação ativa, de um sistema cognitivo de um operador humano, pode levar a soluções úteis e rápidas, no processo de resolução de problemas pelo operador humano, controlando o sistema e do dispositivo artificial instalado no sistema da máquina. Desta forma, o sistema lida e tenta controlar a situação em condições incertas, reconhece os passos improdutivos baseados em Julgamentos limitados e aplica métodos curtos de raciocínio (baseados na cognição humana). Assim, o sistema alerta ao operador as considerações à tomar numa situação de acidente e os prejuízos que eles provocam. Logo, o sistema dialoga com o operador para engrandecer sua força cogitava e sua capacidade de resolução de problemas analógicos, raciocínio temporal e análise dedutiva.

O cenário, requer a eficácia de um modelo sólido e robusto de cognição, que inclua um processo de raciocínio efetivo para uma tomada de decisão eficaz. Estes elementos são fortemente ligados aos mecanismos que buscam informação armazenada na memória, assim como a estrutura da memória para armazenar os fatos e eventos. Estes fenômenos, inseridos numa arquitetura cognitiva, representam uma condição "limite" para o desenvolvimento de um bom modelo de cognição. Neste sentido, o papel da psicologia cognitiva é crucial para a geração de premissas teóricas. Por outro lado, a representação dos processos cognitivos, as considerações sobre a carga de trabalho e as representações das estratégias utilizadas pelo operador, na resolução de problemas e nas interações homem-máquina, são as partes mais importantes que a ergonomia cognitiva desenvolve na formulação de modelos cognitivos.

No gerenciamento de projetos de plantas e processos de controle, os aspectos da multi-disciplinaridade caracterizam à E.C. como uma disciplina formal e estável para aplicações práticas e benéficas em engenharia (por exemplo, as informações obtidas sobre os mecanismos detalhados envolvidos em funções humanas normais, e sobre os requisitos mentais e físicos necessários para poder desempenhar uma função).

4.3 A validação da simulação cognitiva.

Existem vários níveis de validação de uma ferramenta de Simulação Cognitiva, critérios da engenharia, ou a adequação descritiva e explicativa entre simulação e dados empíricos sobre a atividade dos operadores.

A coerência e a capacidade de extensão do simulador está na invariância do modelo (primeiro nível). Isto quer dizer, se uma arquitetura cognitiva é corretamente definida no início do processo, ela deve poder receber novos módulos, sem que uma coerência global seja modificada.

Da mesma forma, sua utilização deve poder ser estendida a novas situações, sem que haja modificação fundamental de sua estrutura, implicando em definições a nível de base na escolha da arquitetura cognitiva e das modalidades de sua implementação.

A ferramenta deve levar em consideração os dados disponíveis sobre o funcionamento cognitivo humano, nas situações de controle de processo e, eventualmente, em outras situações. Ela deve levar em consideração o corpo de conhecimentos disponíveis (ao menos aqueles que estão solidamente estabelecidos) sobre a atividade cognitiva do operador humano. Estes conhecimentos não serão, forçosamente, limitados às situações específicas de controle de processos. Todavia, em outras situações, esses conhecimentos deverão ser considerados com certa prudência (segundo nível).

Esta ferramenta cognitiva terá a capacidade de poder predizer si es novas em função de suas experiências. Numa mesma situação, deve existir identidade entre o comportamento do simulador e o comportamento de um operador ou de um grupo de operadores. Esta identidade pode ser mais ou menos estreita: pode-se contentar em comparar os comportamentos manifestos (as ações observáveis) do operador e aqueles gerados pela ferramenta da simulação. Encontra-se aqui, um critério de eficácia privilegia para a avaliação de sistemas especialistas, onde enfoca-se, essencialmente, a capacidade do sistema em uma boa resposta a um certo problema, sem a necessidade de mostrar a forma como esta resposta foi fornecida.

A validação da simulação cognitiva é visualizada na simulação dos resultados experimentais. Isto é, na adequação descritiva e explicativa entre a simulação, e os dados empíricos da atividade dos operadores. A coerência e a capacidade de extensão do modelo representam um dos critérios de julgamento de sua justeza. A funcionalidade da arquitetura cognitiva é visualizada na simulação, porque nela é permitido variar os parâmetros de uma determinada situação de trabalho (por exemplo, as características da informação, a natureza dos procedimentos, a disponibilidade da informação, etc.) e testar de uma forma dinâmica o modelo da atividade (Salembier & Pavard & Benchekroun & de Medeiros, 1990). Esta possibilidade é teoricamente possível ao declarar os objetivos e as funções específicas da simulação (por exemplo, no tratamento da informação, na elaboração e avaliação de uma estratégia, na tomada de decisão de um problema, etc.).

Outro critério de validação é a comparação das etapas de raciocínio verbalizadas pelo operador (funcionamento cognitivo humano), numa situação de trabalho com as diferentes partes representadas numa arquitetura computacional. Estes conhecimentos, armazenados na memória do simulador, não são fortemente limitados a certas situações específicas (resolução de problemas, por exemplo), eles declaram e examinam as hipóteses do sistema e testam a validade dos comportamentos registrados observados.

5. Conclusão.

Pode-se dizer que a simulação cognitiva é um paradigma nas ciências cognitivas. Ela é motivada pela necessidade de engrandecer o domínio de aplicação da psicologia cognitiva às situações reais. Nesta perspectiva, ela integra vários campos de pesquisa tais como: a psicologia (análise dos raciocínios), a ergonomia (a aplicação dos métodos de análise do trabalho) e a Inteligência Artificial (por exemplo, os formalismos na representação dos conhecimentos).

Por outro lado, foi mostrado também, os diferentes modelos cognitivos construídos com a finalidade de evidenciar e simular o comportamento humano na realização de uma tarefa. Neste sentido, observa-se que os modelos mais influentes da psicologia cognitiva, utilizam um formalismo oriundo da matemática (modelos estocásticos), da lógica (lógica proporcional, lógica difusa, etc.) e sobretudo da informática (Inteligência Artificial).

Enfim, foram apresentadas as diferentes considerações na modelagem do comportamento humano, a utilização do simulador cognitivo e como esta pode ser validada nos estudos de contabilidade.