IFT 703 Informatique cognitive ACT-R Modèle symbolique et perceptuel André Mayers Automne 2010

Plan Introduction Historique Présentation générale Représentation des buts ACT-R 6 Déclaration des connaissances Exemple : compter Module perceptuel

Introduction La dernière d’une longue série qui a débuté avec HAM en 1973 ACT-R est maintenant à sa sixième version Fondements psychologiques solides Temps de réponse Justesse de la réponse Respect des contraintes en provenance de la neurologie Non seulement, elle est basée sur des résultats de la psychologie expérimentale, mais plusieurs des hypothèses générées à partir de simulation utilisant ACT-R se sont avérés vrais expérimentalement Architecture computationnelle

Historique 1973 1983 Human Associative Memory (HAM) Livre du même nom Modèle de la mémoire déclarative 1983 ACT* Adaptative Control of Thought Livre : The architecture of cognition Introduction de la mémoire procédural Rational analysis involves 1 Making evidence-based assumptions about the statistical structure of the environment. 2 Deriving — mathematically, lots of Bayesian statistics — the optimal strategies for dealing with such an environment. 3 Assuming that those optimal strategies describe approximately what the human cognitive system does.

Historique … 1993 ACT-R (ACT-Rational) Livre : Rules of mind L’architecture cognitive humaine est une adaptation à l’environnement, elle est donc optimisé en conséquence. P( moti/ t1 … tn) probabilité de trouver un mot dans les journaux étant donné qu’il est apparu aux moments t1 … tn est similaire à la probabilité de se rappeler de ce mot étant donné son occurrence dans un processus cognitif aux moments t1 … tn . Livre : Rules of mind

Historique 1998 Intégration de EPIC dans ACT- R ajout de modules perceptuels et moteurs dans ACT-R les modules de ACT-R fonctionnent en // simulation fidèle des temps pour manipuler les objets perceptuels une fois encodé sous leur forme symbolique valider par plusieurs expérience concernant les interactions homme-machine « Atomic components of thougth » Byrne, M. D. & Anderson, J. R. (1998). Perception and Action. In J. R. Anderson & C. Lebiere (Eds.) Atomic components of thought. Hillsdale, NJ: Erlbaum. Byrne, M. D., (2001). ACT-R/PM and menu selection: Applying a cognitive architecture to HCI. International Journal of Human-Computer Studies, 55, 41-84. Fleetwood, M. D. & Byrne, M. D. (2002) Modeling icon search in ACT-R/PM. Cognitive Systems Research, 3, 25-33. ACT-R, while being rich in mechanisms for cognition, has a history of being somewhat weak in the Perceptuel-Moteur domain--a situation common in computational models of cognition. The "Visual Interface" was the first serious attempt to remedy the situation for ACT-R and was successful in many ways. However, the Visual Interface raised probably about as many issues as it resolved. ACT-R/PM is an attempt to address many of those issues and provide a more comprehensive theory of cognition and Perceptuel-Moteur performance. In particular, ACT-R/PM is focused on: Parallel activity. Components of ACT-R/PM act in (simulated) parallel, so ACT-R/PM can be retrieving a memory trace, moving its hands, and listening to a sound all at the same time. This is critical for modeling high-performance dual-task situations. Precise timing. ACT-R/PM is designed to model human performance latency at a very detailed level, correctly mirroring times for both Perceptuel, Moteur, and cognitive activities. This makes ACT-R/PM particularly well-suited for modeling high-performance human-machine interaction.

Historique … 2002 ACT-R 5 Modélisation complète de la perception à l’action Toujours une meilleure prise en compte du cerveau 2005 ACT-R 6 ensemble de modules et tampons un scheduler gérant l’exécution d’un modèle cognitif d’une tâche en terme d’événements modifiant les tampons et le contenu des mémoires plusieurs modèles peuvent être en cours d’exécution mais un seul est actif à un moment donné, le programmeur doit spécifier doit spécifier lequel pour vos TPs ne faites qu’un seul modèle pour représenter votre tâche Rational analysis involves 1 Making evidence-based assumptions about the statistical structure of the environment. 2 Deriving — mathematically, lots of Bayesian statistics — the optimal strategies for dealing with such an environment. 3 Assuming that those optimal strategies describe approximately what the human cognitive system does.

ACT-R 6 Modèle Chunk Buffer Module simule l’exécution d’une tâche en terme de modification des tampons et des mémoires Chunk unité de mémoire déclarative et unité d’information des buffers la mémoire déclarative ne contient pas tous les chunks pour être ajouté à la mémoire déclarative un chunk doit passer par le tampon de la mémoire déclarative Buffer interface à travers lequel le module procédural interagit avec les autres modules du système Module sous-système de l’architecture spécifiant les propriétés d’une fonction de l’architecture (perception, moteur, mémoire) et pouvant souvent être associé à une région du cerveau

Construction d’un model cognitif d’une tâche

Validation d’un modèle cognitif d’une tâche

Les applications de ACT-R The fitness of model prediction to real participants’ data on behavior and BOLD (Blood Oxygenation Level-Dependent) response in five predefined brain regions illustrates that our hypotheses and results are acceptable. This work is a significant step towards tackling the puzzle of the heuristics retrieval in human brain.

Fondement biologique de ACT-R

Modules et tampons Perception Moteur Mémoire Intention visuel auditif vocal manuel Mémoire déclarative procédurale pas de buffer pattern matcher) imaginal Intention buts Interface avec le monde réel

Les tampons (buffer) Un tampon est une interface à un module qui accepte et traite les requêtes au module ne contient qu’un seul chunk qui est typiquement la réponse à une requête une requête peut demander de modifier ou créer un chunk une requête peut demander l’état du module ou du tampon

Chunk Un chunk est Un type est une catégorie ou une abstraction l’unité de connaissance déclarative de l’architecture ACT-R est défini par un type et des attributs (slots) Un type est une catégorie ou une abstraction le concept d’oiseau le concept d’une addition Un attribut est une caractéristique du concept représenté couleur opérande résultat

Cycle d’exécution Basé sur le pattern matching des règles de production If (conditions) alors (actions) Cycle Pattern matching des productions Celles qui répondent au but et au contenu des buffers Sélection Exécution des productions qui modifient les buffers et la mémoire déclarative