Les modèles mentaux sont une forme de représentation analogique de la connaissance: il existe une correspondance directe entre entités et relations présentes dans la structure de représentation et entre entités et relations de ce qu'on cherche de se représenter. Le modèle mental est composé de token (éléments) et relations qui représentent un état de choses spécifique, structuré d'une façon adéquate par rapport au processus sur le quel devront opérer. Chaque modèle est de ce fait déjà prédisposé dans une façon cohérente avec son usage prévu. Le concept de modèles mentaux a été introduit par Philip Johnson-Laird in Mental models (1983) et développé surtout dans le domaine de raisonnement spatial et formel (Johnson-Laird et Byrne, 1990).
Il n'existe pas un seul modèle mental "exact" qui correspond à un état de choses déterminé. À chaque énoncé peuvent s'accorder plusieurs modèles à la fois, même s'il est supposé qu'un seul de ceux-ci s'accorde d'une façon optimale à l'état des choses à décrire, par rapport aux objectifs du système. Le modèle mental doit permettre de représenter soit l'essentiel, soit l'ampleur d'un concept. En effet, le coeur du modèle mental représente l'essentiel d'un concept, c'est à dire les propriétés caractéristiques de l'état des choses décrit; les procédures de gestion du modèle sont utilisables pour définir l'ampleur du même concept (l'ensemble de tous les états possibles de choses que le concept décrit).
Le modèle mental de l'avion. Il possède différentes versions, selon les usages qu'on peut faire d'un avion: le reconnaître, le construire, le piloter, en parler, s'embarquer, etc. Le modèle varie en outre selon d'autres dimensions: la compétence aéronautique du sujet, son âge, sa culture et tout ce qu'il est significatif. On pourrait représenter plusieurs modèles mentaux de l'avion grâce à des desseins: par exemple, un avion en vol et un avion ouvert pour montrer les places des passagers. Chaque version doit inclure, outre au coeur central qui identifie le modèle comme un exemplaire d'avion, des connaissances et des procédures de manipulation diversifiées, vu que les choses importantes à mettre en évidence sont différentes dans les deux cas. Deux exemplaires du même modèle peuvent n'avoir rien en commun entre eux (à l'exception de l'étiquette) s'il ont été construits pour des buts différents.
Les modèles mentaux naissent comme essai de reproduire les structures de base de la cognition. Établi cet objectif, ils font une série de pas relevants dans sa direction.
En premier lieu, ils poussent l'entente entre structure des données et fonctions de manipulation des mêmes données, adaptant leur propre structure aux fonctions qui les utilisent. Données et procédures (même s'il restent séparés entre eux), cohabitent et s'entrelacent dans le même modèle. Disparaît la différence de représentation entre connaissances déclaratives et connaissances procédurales. Les deux types de connaissances restent différents et indiscernables mais sont maintenant représentables à travers une seule modalité générale, le modèle mental.
En deuxième lieu les modèles mentaux mettent en évidence la phase de construction de la connaissance. Un modèle mental n'exprime pas comme se représente en réalité un état de choses, ni la connaissance qu'un sujet a à sa disposition relativement à n'importe quel objet ou concept. Plutôt représente ce qui est utile pour le système en ce moment: il existe une représentation cohérente avec les buts actuels du système.
En troisième lieu les modèles mentaux mettent en évidence la séparation entre connaissance générale et connaissance active. Un modèle mental est toujours une activation partielle de connaissances, une sélection que le système accomplie entre ce qui est relevant et ce qu'il ne l'ai pas.
Les images mentales ont étés introduites pour contraster le modèle classique de l'élaboration des informations qui ne prévoyait aucune différence entre les moyens de se représenter les données de qualité différente: images, langue ou odorat. Les symboles utilisés dans la représentation étaient tous équivalents: l'input originaire était transformé complètement pour être traduit dans une série de symboles internes, sans aucun rapport de structure avec la réalité qu'on voulait représenter.
R. Shepard (Internal representations, 1980) démontra que les êtres humains sont capables de se former des images mentales d'objets et de les confronter. Il a aussi élargis ses recherches dans la dimension auditive.
On peut ensuite citer les travaux de A. Paivio (Mental representations, 1986) qui a démontré que les images mentales sont capables de faciliter les performances de la mémoire apportant des avantages concrets par rapport à une représentation propositionnelle des souvenirs. On peut ici souligner les liens entre mémoire et images où les mots, mémorisés dans un double registre (verbal et imagé), sont mieux mémorisables par rapport à ceux déposés seulement d'une façon verbale.
Mais c'est à S. Kosslyn (Image and mind, 1980) qu'on doit une théorisation des images mentales congruente avec le paradigme de la science cognitive. Selon la théorie de Kosslyn, les images mentales sont des représentations mentales qui permettent l'expérience de "voir" quelque chose même en absence des correspondants stimulus visuels. Ce phénomène comporte soit une représentation, soit une expérience consciente de la représentation.
Les images sont actives dans la mémoire et sont générés par des représentations abstraites, basées sur des prototypes situés dans la mémoire à longue terme. L'origine des images mentales est perceptive: on peut concevoir n'importe quelle chose chaque fois qu'on le veut.
Les objets conçus mentalement gardent les propriétés des objets réels. Il est ainsi possible de simuler mentalement ce qu'il arrive dans une situation réelle avec des avantages non indifférants en terme de solution de problèmes et de planification.
En s'imaginant ce qui se produirait dans la réalité, une personne peut épargner des ressources physiques et cognitives sans avoir à faire une expérience directe. Si j'ai sur moi un parapluie, je n'ai pas besoin de cogner contre une porte pour comprendre que je dois avant tout le fermer et en suite le tenir à la verticale: je peut simuler ce qu'il pourrait arriver et agir en évitant les erreurs prévisibles.
Les aspects plus picturaux des images mentales ne sont pas couverts par les modèles mentaux qui sont plutôt basés sur une dimension cognitive et intentionnelle. Alors que l'image de n'importe quelle entité liée à la perception est toujours identique, le modèle de celle-ci change selon l'usage cognitif au quel elle est destinée. L'image mentale d'un avion est stable, tandis que le modèle mental de ceci change selon l'usage que je dois me représenter (voir exemple de l'avion).
Les réseaux sémantiques sont des noeuds qui expriment des concepts qui sont à leur tour connectés avec des liens qui représentent les relations entre ces noeuds.
Ils furent développés par Quillian (Semantic memory, 1968) dans l'analyse du langage naturel pour mettre en évidence les relations existants entre la signification de termes connectés entre eux. Les réseaux sémantiques furent redéfinis méthodologiquement par Woods (1975) pour éliminer les ambiguïtés liées à la nécessité de mieux définir les liens et les propriétés qu'on leur assigne. Grâce aux travaux de Woods, il fut possible de les rendre équivalents aux propriétés de la logique, en héritant toutefois les désavantages caractéristiques de ce domaine (en particulier leur maniement limité).
De suite un exemple de réseaux sémantique:
Les relations doivent se lire en partant du noeud d'origine. Dans l'exemple on aura:
Chat IS-A (est un) mammifère
Queue PART-OF (partie de) chat
Les liens sont graphiquement suggérés différemment parce-que leur nature soit explicite et donc ils se comportent de façons différentes. Cette spécificité de comportement doit être formalisée chaque fois qu'on introduit un nouveau lien. Par exemple, le lien IS-A hérite au noeud d'origine toutes les caractéristiques du noeud de destination: le chat, comme subordonné hiérarchique, aura donc toutes les caractéristiques des mammifères, comme le sang chaud, l'allaitement des petits, etc. Au contraire, le lien PART-OF n'a pas cette caractéristique d'héritage: en effet la queue ne peut pas hériter les caractéristiques du chat.
Aujourd'hui les réseaux sémantiques sont pas considérés comme un modèle réaliste de la connaissance humaine. Dans le domaine du langage et de la connaissance déclarative il y a eu des comparaisons avec les performances humaines mais les difficultés rencontrées par les réseaux sémantique dans la gestion de la connaissance dynamique ont limité leur utilisation.
Avantages: efficacité dans les connaissances déclaratives, utiles pour représenter connaissances ordonnées hiérarchiquement (taxonomie).
Désavantages: complexité dans la description et dans l'utilisation des connaissances procédurales.
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