Reconocimiento de patrones (psicología)

La teoría de la coincidencia de plantillas describe el enfoque más básico del reconocimiento de patrones humanos. Es una teoría que asume que cada objeto percibido se almacena como una "plantilla" en la memoria a largo plazo. ^{[ 4 ]} La información entrante se compara con estas plantillas para encontrar una coincidencia exacta. ^{[ 5 ]} En otras palabras, toda la entrada sensorial se compara con múltiples representaciones de un objeto para formar una única comprensión conceptual. La teoría define la percepción como un proceso fundamentalmente basado en el reconocimiento. Explica que todo lo que una persona encuentra se comprende solo a través de la exposición previa, que luego informa su percepción futura del mundo externo. ^{[ 6 ]} Por ejemplo, A, A y A se reconocen como la letra A, pero no B. Esta teoría es limitada para explicar cómo se pueden comprender las nuevas experiencias sin compararlas con una plantilla de memoria interna.

A diferencia de la teoría de la correspondencia exacta de plantillas, la correspondencia de prototipos compara la información sensorial entrante con un prototipo promedio. Esta teoría propone que la exposición a una serie de estímulos relacionados conduce a la creación de un prototipo "típico" basado en sus características compartidas. ^{[ 6 ]} Reduce el número de plantillas almacenadas al estandarizarlas en una sola representación. ^{[ 4 ]} El prototipo favorece la flexibilidad perceptiva, ya que, a diferencia de la correspondencia de plantillas, permite la variabilidad en el reconocimiento de estímulos nuevos. Por ejemplo, si un niño nunca ha visto una silla de jardín, aún podría reconocerla como tal debido a su comprensión de sus características esenciales: cuatro patas y asiento. Sin embargo, esta idea limita la conceptualización de objetos que no necesariamente pueden "promediarse" en uno solo, como los tipos de cánidos, por ejemplo. Aunque los perros, los lobos y los zorros son animales típicos, peludos, de cuatro patas, de tamaño moderado, con orejas y cola, no son todos iguales y, por lo tanto, no pueden percibirse estrictamente con respecto a la teoría de la correspondencia de prototipos.

Los enfoques de análisis de plantillas y características para el reconocimiento de objetos (y situaciones) se han fusionado/conciliado/superado por la teoría de la discriminación múltiple. Esta teoría establece que las cantidades en un estímulo de prueba de cada característica destacada de una plantilla se reconocen en cualquier juicio perceptivo como a una distancia en la unidad universal de discriminación del 50 % (el rendimiento objetivo 'JND' (Diferencia Justamente Perceptible) ^{[ 7 ]} ) de la cantidad de esa característica en la plantilla. ^{[ 8 ]}

De forma similar a la teoría de detección de características, el reconocimiento por componentes (RBC) se centra en las características ascendentes de los estímulos que se procesan. Propuesta por primera vez por Irving Biederman (1987), esta teoría afirma que los humanos reconocen objetos descomponiéndolos en sus formas geométricas tridimensionales básicas llamadas geones (es decir, cilindros, cubos, conos, etc.). Un ejemplo es cómo se descompone un objeto común como una taza de café: se reconoce el cilindro hueco que contiene el líquido y un asa curva en el lateral que permite sujetarla. Aunque no todas las tazas de café son exactamente iguales, estos componentes básicos ayudan a reconocer la consistencia entre los ejemplos (o patrón). El RBC sugiere que existen menos de 36 geones únicos que, al combinarse, pueden formar un número prácticamente ilimitado de objetos. Para analizar y diseccionar un objeto, el RBC propone que las personas presten atención a dos características específicas: los bordes y las concavidades. Los bordes permiten al observador mantener una representación consistente del objeto independientemente del ángulo de visión y las condiciones de iluminación. Las concavidades son los puntos donde se unen dos bordes y permiten al observador percibir dónde termina un geon y comienza otro.

Los principios RBC de reconocimiento de objetos visuales también se pueden aplicar al reconocimiento del lenguaje auditivo. En lugar de geones, los investigadores del lenguaje proponen que el lenguaje hablado se puede descomponer en componentes básicos llamados fonemas . Por ejemplo, hay 44 fonemas en el idioma inglés .

Piaget estudió el desarrollo de la seriación junto con Szeminska en un experimento donde utilizaron varillas de diferentes longitudes para evaluar las habilidades de los niños. ^{[ 15 ]} Descubrieron que existían tres etapas distintas en el desarrollo de esta habilidad. En la primera etapa, los niños de alrededor de 4 años no podían ordenar las primeras diez varillas. Podían formar grupos más pequeños de 2 a 4, pero no lograban juntar todos los elementos. En la segunda etapa, cuando los niños tenían entre 5 y 6 años, lograban completar la tarea de seriación con las primeras diez varillas mediante ensayo y error. Podían ordenar el resto de las varillas también mediante ensayo y error. En la tercera etapa, los niños de 7 a 8 años podían ordenar todas las varillas sin mucho ensayo y error. Los niños utilizaban el método sistemático de buscar primero la varilla más pequeña y la más pequeña entre las demás. ^{[ 15 ]}

Para desarrollar la habilidad de seriación, que a su vez ayuda a mejorar las habilidades de resolución de problemas , se debe brindar a los niños oportunidades para ordenar objetos utilizando el lenguaje apropiado, como "grande" y "más grande" al trabajar con relaciones de tamaño. También se les debe dar la oportunidad de ordenar objetos según su textura, sonido, sabor y color. ^{[ 14 ]} Junto con tareas específicas de seriación, se debe dar a los niños la oportunidad de comparar los diferentes materiales y juguetes que usan durante el juego. A través de actividades como estas, se desarrollará una verdadera comprensión de las características de los objetos. Para ayudarlos a una edad temprana, las diferencias entre los objetos deben ser obvias. ^{[ 14 ]} Por último, también se debe proporcionar una tarea más compleja de ordenar dos conjuntos diferentes de objetos y observar la relación entre ambos. Un ejemplo común de esto es que los niños intenten colocar tapas de cacerolas en cacerolas de diferentes tamaños, o que encajen tuercas y tornillos de diferentes tamaños. ^{[ 14 ]}

Para ayudar a desarrollar las habilidades matemáticas en los niños, los maestros y los padres pueden ayudarlos a aprender la seriación y los patrones. Los niños pequeños que comprenden la seriación pueden ordenar los números de menor a mayor. Con el tiempo, comprenderán que 6 es mayor que 5 y 20 es mayor que 10. ^{[ 16 ]} De manera similar, hacer que los niños copien patrones o creen los suyos propios, como los patrones ABAB, es una excelente manera de ayudarlos a reconocer el orden y prepararlos para habilidades matemáticas posteriores, como la multiplicación. Los cuidadores infantiles pueden comenzar a exponer a los niños a los patrones desde una edad muy temprana haciendo que formen grupos y cuenten el número total de objetos. ^{[ 16 ]}

Los científicos coinciden en que existe una zona específica del cerebro dedicada al procesamiento de rostros. Esta estructura se denomina giro fusiforme , y estudios de neuroimagen han demostrado que se activa intensamente cuando una persona observa un rostro. ^{[ 20 ]}

Varios estudios de caso han reportado que los pacientes con lesiones o daño tisular localizado en esta área tienen una enorme dificultad para reconocer rostros, incluso el suyo propio. Si bien la mayor parte de esta investigación es circunstancial, un estudio de la Universidad de Stanford proporcionó evidencia concluyente del papel del giro fusiforme en el reconocimiento facial. En un estudio de caso único, los investigadores pudieron enviar señales directas al giro fusiforme de un paciente. El paciente informó que los rostros de los médicos y enfermeras cambiaron y se transformaron frente a él durante esta estimulación eléctrica. Los investigadores coinciden en que esto demuestra un vínculo causal convincente entre esta estructura neuronal y la capacidad humana de reconocer rostros. ^{[ 20 ]}

Aunque en los adultos el reconocimiento facial es rápido y automático, los niños no alcanzan los niveles de rendimiento de los adultos (en tareas de laboratorio) hasta la adolescencia. ^{[ 21 ]} Se han propuesto dos teorías generales para explicar cómo se desarrolla normalmente el reconocimiento facial. La primera, la teoría del desarrollo cognitivo general, propone que la capacidad perceptiva para codificar rostros se desarrolla completamente en la primera infancia, y que la mejora continua del reconocimiento facial en la edad adulta se atribuye a otros factores generales. Estos factores generales incluyen una mejor concentración atencional, estrategias de tareas deliberadas y metacognición. La investigación respalda el argumento de que estos otros factores generales mejoran drásticamente en la edad adulta. ^{[ 21 ]} La teoría del desarrollo perceptivo específico del rostro argumenta que la mejora en el reconocimiento facial entre niños y adultos se debe a un desarrollo preciso de la percepción facial . Se propone que la causa de este desarrollo continuo es una experiencia continua con rostros.

Varios problemas del desarrollo se manifiestan como una capacidad reducida para el reconocimiento facial. Utilizando lo que se sabe sobre el papel del giro fusiforme, la investigación ha demostrado que el desarrollo social deficiente dentro del espectro autista se acompaña de un marcador conductual en el que estos individuos tienden a apartar la mirada de los rostros, y un marcador neurológico caracterizado por una disminución de la actividad neuronal en el giro fusiforme . De manera similar, aquellos con prosopagnosia del desarrollo (PD) tienen dificultades con el reconocimiento facial hasta el punto de que a menudo son incapaces de identificar incluso sus propios rostros. Muchos estudios informan que alrededor del 2% de la población mundial tiene prosopagnosia del desarrollo, y que las personas con PD tienen antecedentes familiares del rasgo. ^{[ 18 ]} Las personas con PD son conductualmente indistinguibles de aquellas con daño físico o lesiones en el giro fusiforme, lo que nuevamente implica su importancia para el reconocimiento facial. A pesar de las personas con PD o daño neurológico, sigue existiendo una gran variabilidad en la capacidad de reconocimiento facial en la población total. ^{[ 18 ]} Se desconoce qué explica las diferencias en la capacidad de reconocimiento facial, si es una disposición biológica o ambiental. Investigaciones recientes que analizan gemelos idénticos y fraternos mostraron que el reconocimiento facial estaba significativamente más correlacionado en los gemelos idénticos, lo que sugiere un fuerte componente genético en las diferencias individuales en la capacidad de reconocimiento facial. ^{[ 18 ]}

La investigación de Frost et al., 2013 revela que la adquisición del lenguaje infantil está vinculada al reconocimiento de patrones cognitivos. ^{[ 22 ]} A diferencia de las teorías clásicas nativistas y conductistas del desarrollo del lenguaje , ^{[ 23 ]} los científicos ahora creen que el lenguaje es una habilidad aprendida. ^{[ 22 ]} Estudios en la Universidad Hebrea y la Universidad de Sídney muestran una fuerte correlación entre la capacidad de identificar patrones visuales y aprender un nuevo idioma. ^{[ 22 ] [ 24 ]} Los niños con alto reconocimiento de formas mostraron un mejor conocimiento gramatical, incluso cuando se controlan los efectos de la inteligencia y la capacidad de memoria . ^{[ 24 ]} Esto está respaldado por la teoría de que el aprendizaje del lenguaje se basa en el aprendizaje estadístico , ^{[ 22 ]} el proceso por el cual los bebés perciben combinaciones comunes de sonidos y palabras en el lenguaje y las usan para informar la producción del habla futura.

El primer paso en la adquisición del lenguaje infantil es descifrar las unidades sonoras más básicas de su lengua materna. Esto incluye cada consonante, cada vocal corta y larga, y cualquier combinación de letras adicional como "th" y "ph" en inglés. Estas unidades, llamadas fonemas , se detectan mediante la exposición y el reconocimiento de patrones. Los bebés utilizan su capacidad innata de " detector de características " para distinguir entre los sonidos de las palabras. ^{[ 23 ]} Las dividen en fonemas mediante un mecanismo de percepción categórica . Luego extraen información estadística al reconocer qué combinaciones de sonidos tienen más probabilidades de aparecer juntas, ^{[ 23 ]} como "qu" o "h" más una vocal. De esta manera, su capacidad para aprender palabras se basa directamente en la precisión de su patrón fonético previo.

La transición de la diferenciación fonémica a la producción de palabras de orden superior ^{[ 23 ]} es solo el primer paso en la adquisición jerárquica del lenguaje. El reconocimiento de patrones se utiliza además en la detección de claves prosódicas , los patrones de acentuación e entonación entre las palabras. ^{[ 23 ]} Luego se aplica a la estructura de la oración y la comprensión de los límites típicos de las cláusulas . ^{[ 23 ]} Todo este proceso se refleja también en la lectura. Primero, un niño reconoce patrones de letras individuales, luego palabras, luego grupos de palabras juntas, luego párrafos y finalmente capítulos completos en los libros. ^{[ 25 ]} Aprender a leer y aprender a hablar un idioma se basa en el "refinamiento gradual de patrones" ^{[ 25 ]} en el reconocimiento de patrones perceptivos.

Para comprender el reconocimiento de patrones musicales, es necesario comprender los sistemas cognitivos subyacentes que intervienen en este proceso. Diversas actividades participan en el reconocimiento de una pieza musical y sus patrones. Los investigadores han comenzado a desvelar las razones de las reacciones estimulantes a la música. Investigadores de Montreal pidieron a diez voluntarios que experimentaban escalofríos al escuchar música que escucharan sus canciones favoritas mientras se monitorizaba su actividad cerebral. ^{[ 26 ]} Los resultados muestran el papel significativo de la región del núcleo accumbens (NAcc), implicada en procesos cognitivos como la motivación, la recompensa, la adicción, etc., en la creación de las estructuras neuronales que conforman la experiencia. ^{[ 26 ]} La anticipación antes del clímax de la melodía crea una sensación de recompensa, que culmina en una sensación de resolución al alcanzarse dicho clímax. Cuanto más tiempo se le niega al oyente el patrón esperado, mayor es la excitación emocional cuando este reaparece. El musicólogo Leonard Meyer utilizó cincuenta compases del quinto movimiento del Cuarteto de cuerdas en do sostenido menor, Op. 131 de Beethoven para examinar esta noción. ^{[ 26 ]} Cuanto más intensa sea esta experiencia, más vívida será la memoria que cree y almacene. Esta intensidad afecta la velocidad y precisión de la recuperación y el reconocimiento del patrón musical. El cerebro no solo reconoce melodías específicas, sino que también distingue características acústicas estándar, habla y música.

Investigadores del MIT realizaron un estudio para examinar esta noción. ^{[ 28 ]} Los resultados mostraron seis grupos neuronales en la corteza auditiva que respondían a los sonidos. Cuatro se activaban al escuchar características acústicas estándar, uno respondía específicamente al habla y el último respondía exclusivamente a la música. Los investigadores que estudiaron la correlación entre la evolución temporal de las características tímbricas, tonales y rítmicas de la música llegaron a la conclusión de que la música activa las regiones cerebrales conectadas con las acciones motoras, las emociones y la creatividad. La investigación indica que todo el cerebro se "activa" al escuchar música. ^{[ 29 ]} Esta cantidad de actividad mejora la retención de la memoria y, por lo tanto, el reconocimiento de patrones.

Reconocer patrones musicales es diferente para un músico y un oyente. Aunque un músico toque las mismas notas siempre, los detalles de la frecuencia variarán. El oyente reconocerá el patrón musical y sus tipos a pesar de las variaciones. Estos tipos musicales son conceptuales y aprendidos, lo que significa que pueden variar culturalmente. ^{[ 30 ]} Mientras que los oyentes participan en el reconocimiento (implícito) del material musical, los músicos participan en su recuerdo (explícito). ^{[ 2 ]}

Un estudio de la UCLA descubrió que al ver o escuchar música, se activan las neuronas asociadas con los músculos necesarios para tocar el instrumento. Las neuronas espejo se activan cuando músicos y no músicos escuchan una pieza. ^{[ 31 ]}

El reconocimiento de patrones musicales puede desarrollar y fortalecer otras habilidades, como la sincronía musical, el rendimiento atencional, la notación musical y la activación cerebral. Incluso unos pocos años de formación musical mejoran la memoria y la atención. Científicos de la Universidad de Newcastle realizaron un estudio con pacientes con lesiones cerebrales adquiridas graves (LCA) y participantes sanos, utilizando música popular para examinar los recuerdos autobiográficos evocados por la música (MAEM). ^{[ 29 ]} Se pidió a los participantes que registraran su familiaridad con las canciones, si les gustaban y qué recuerdos les evocaban. Los resultados mostraron que los pacientes con LCA tenían los MAEM más altos, y todos los participantes tenían MAEM de una persona, personas o período de vida que eran generalmente positivos. ^{[ 29 ]} Los participantes completaron la tarea utilizando habilidades de reconocimiento de patrones. La evocación de recuerdos hizo que las canciones sonaran más familiares y agradables. Esta investigación puede ser beneficiosa para la rehabilitación de pacientes con amnesia autobiográfica que no tienen una deficiencia fundamental en la memoria de recuerdo autobiográfico y una percepción del tono intacta. ^{[ 29 ]}

En un estudio realizado en la Universidad de California, Davis mapeó la actividad cerebral de los participantes mientras escuchaban música. ^{[ 32 ]} Los resultados mostraron vínculos entre regiones cerebrales y recuerdos autobiográficos , así como con las emociones activadas por música familiar. Este estudio puede explicar la fuerte respuesta de los pacientes con enfermedad de Alzheimer a la música. Esta investigación puede ayudar a dichos pacientes con tareas que mejoren el reconocimiento de patrones.