Rotația mentală
Shepard & Metzler (1971) a introdus conceptul de rotație mentală în știința cognitivă prin ceea ce a devenit unul dintre cele mai cunoscute experimente din domeniu. Această faimă se poate datora, în parte, faptului că experimentul este asociat cu un set de imagini grafice memorabile (de exemplu, figura 1), dintre care unele au ajuns pe coperta numărului din Science în care a fost publicat pentru prima dată. Cu toate acestea, este, de asemenea, un experiment remarcabil de elegant, care a produs niște rezultate surprinzător de clare. Constatările păreau să infirme în mod direct doctrina behavioristă, care avea încă o influență considerabilă în rândul psihologilor la acea vreme, conform căreia procesele de gândire depind în întregime de limbaj. Sugerând că reprezentările analogice au un rol important în gândire, constatările au ridicat, de asemenea, dificultăți prima facie (deși nu neapărat insurmontabile) pentru modelul computerizat (digital) al minții care se afla în centrul noului domeniu emergent al științei cognitive (Block, 1983a).
Figura 1
Câteva dintre perechile de figuri stimulente folosite de Shepard & Metzler (1971).
A- Obiecte identice care diferă printr-o rotație în planul paginii
B – Obiecte identice care diferă printr-o rotație în profunzime
C – Obiecte în oglindă (de asemenea rotite în profunzime)
Shepard & Metzler a prezentat subiecților săi perechi de desene de ansambluri tridimensionale, asimetrice de cuburi, așa cum se arată în figura 1 A, B și C. În fiecare pereche, desenul din dreapta fie arăta un ansamblu identic cu cel din stânga, dar rotitde la poziția inițială cu o anumită valoare, fie arăta un ansamblu care nu numai că era rotit, dar era și imaginea în oglindă a celui din stânga (figura 1 C). Sarcina experimentală a constat în a spune, cât mai repede posibil (prin apăsarea unui buton), dacă cele două obiecte reprezentate erau de fapt identice (cu excepția rotației) sau erau imagini în oglindă. Ipoteza lui Shepard era că sarcina ar fi fost îndeplinită prin formarea unei imagini mentale tridimensionale a unuia dintre obiectele reprezentate și prin rotirea acestei imagini complete, în imaginație, pentru a vedea dacă poate fi pusă în corespondență cu cealaltă imagine. Rezultatele experimentale au susținut în mod clar această idee, deoarece s-a constatat că, pentru fiecare subiect, timpul necesar pentru a confirma că ambele obiecte ale unei perechi erau, de fapt, identice, a crescut direct proporțional cu diferența unghiulară de rotație dintre ele. Era ca și cum subiecții își roteau imaginea mentală cu o viteză constantă (deși aceasta putea fi diferită pentru fiecare subiect), astfel încât, cu cât trebuiau să meargă mai departe pentru a aduce imaginea lor în corespondență cu imaginea de referință, cu atât mai mult le lua mai mult timp. La chestionarea post-experimentală, majoritatea subiecților au confirmat că acesta era într-adevăr modul în care credeau că au realizat sarcina. (Interesant, nu a făcut nici o diferență dacă rotația a fost în planul paginii sau în profunzime.)
În ciuda eleganței acestui experiment și a rezultatelor clare (grafice liniare frumoase ale timpului de reacție în funcție de unghiul de rotație), interpretarea lui Shepard ca dovadă a unor procese ireductibil analogice și intrinsec spațiale în gândire și a ceea ce el a numit un „izomorfism de ordinul al doilea” între imagine și obiect (Shepard, 1975, 1978b, 1981, 1984), cu siguranță nu a rămas necontestată. Unii cercetători au contestat afirmația lui Shepard că rezultatele sale arată că imaginile sunt rotite ca un întreg, mai degrabă decât că părțile lor sunt comparate în mod fragmentat (Hochberg & Gellman, 1977; Pylyshyn, 1979a; Yuille, 1983). Mai radical, unii au pus la îndoială faptul că sarcina de rotație implică cu adevărat imagini(Marks, 1999). La urma urmei, spre deosebire de experimentele cu mnemotehnica imaginilor, subiecților nu li s-a spus niciodată în mod explicit să folosească imageria în realizarea sarcinii de comparare, iar explicațiile alternative ale rezultatului (de exemplu, relația liniară dintre timpul de reacție și unghiul de rotație) sunt de conceput. De exemplu, Just & Carpenter (1976; Carpenter & Just, 1978), care a urmărit mișcările oculare ale subiecților în timp ce aceștia efectuau o versiune a sarcinii Shepard & Metzler, a susținut că creșterea liniară a timpului de reacție a apărut nu din rotația interioară a unei imagini, ci din necesitatea de a face mai multe mișcări oculare între cele două imagini (pentru a le compara caracteristicile) cu cât acestea erau mai mult rotite una față de cealaltă. În cultura iconofobă care predomina încă în psihologie la începutul anilor 1970, o astfel de interpretare „fără imagini” a rezultatelor era încă o opțiune foarte vie. Desigur, aceasta însemna că orice afirmație a subiecților de a fi format și rotit imagini mentale trebuia să fie respinsă, dar Behaviorismul îi învățase de mult timp pe psihologi să acorde foarte puțină importanță acestui tip de date subiective, introspective.
Cu toate acestea, argumentele în favoarea rotației mentale nu se bazează doar pe acest singur experiment celebru. Shepard și studenții săi (în special Lynn Cooper) au reușit ulterior să demonstreze rotația mentală și alte efecte conexe într-un număr destul de mare de planuri experimentale diferite (vezi Shepard & Cooper et al., 1982), în mare parte concepute pentru a bloca interpretările alternative ale rezultatelor care ar evita necesitatea de a postula imaginile rotative. Cele mai multe dintre aceste alte experimente nu implicau compararea a două imagini vizibile simultan, nefiind astfel lăsat loc pentru tipul de explicație a mișcărilor oculare pe care Just & Carpenter o sugerase. De exemplu, Cooper & Shepard (1973) le-a prezentat subiecților săi o literă din alfabet rotită din orientarea sa normală, verticală, și le-a cerut, din nou, să indice dacă litera era în forma sa normală sau în imaginea sa în oglindă (înapoi) (vezi figura 2). încă o dată, s-a constatat că timpul de răspuns crește cu cât litera stimul era mai mult rotită de la verticală (deși, din motive care nu trebuie să ne rețină, relația nu a fost atât de clar liniară ca în experimentul anterior). Explicația implicită este că subiecții își rotesc imaginea literei care nu este în poziție verticală și care le este arătată în orientarea sa canonică în poziție verticală, pentru a o compara cu memoria lor despre modul în care litera ar arăta în mod normal.
Figura 2
Stimuli de litere rotite de tipul celor folosite de Cooper & Shepard (1973).
Cooper (de ex, 1975, 1976) a făcut, de asemenea, mai multe experimente privind rotația mentală a poligoanelor neregulate complexe, cum ar fi cele din figura 3, iar unele dintre aceste lucrări au depins de faptul că subiecților li s-a spus în mod explicit să formeze și să rotească imagini mentale ale poligoanelor (a căror formă o memoraseră anterior). Încă o dată, s-a constatat o dependență liniară a timpului de reacție de unghi, sugerând o rotație lină și regulată a unei imagini. Un avantaj al instrucțiunilor explicite de imagistică utilizate în aceste experimente este acela că forjează o legătură mai explicită între rezultatele măsurate și imagistica ca experiență conștientă sub control voluntar. Pe de altă parte, aceasta deschide posibilitatea foarte reală ca rezultatele să fie explicate ca fiind rezultatul „cererii experimentale” (în esență, subiecții încearcă în mod deliberat să producă rezultatele pe care cred că experimentatorii le doresc, indiferent de procesele cognitive reale implicate – a se vedea Suplimentul: Problema caracteristicilor cererii în experimentele de imagistică). Acest lucru este bine cunoscut de către psihologi ca fiind o problemă foarte reală în multe domenii ale cercetării psihologice experimentale (Orne, 1962) și s-a dovedit a fi deosebit de problematică în cercetările imaginare de acest tip (Intons-Peterson, 1983). Cu toate acestea, atunci când aceste experimente ale lui Cooper sunt luate împreună cu alte experimente de rotație care nu au folosit instrucțiuni explicite de imagerie și au oferit puține puncte de sprijin pentru ca cererea experimentală să influențeze rezultatele (de exemplu, Shepard & Metzler, 1971; Shepard & Cooper, 1973) (și alte experimente care nu sunt discutate aici: vezi Shepard & Cooper și colab, 1982), ele constituie un argument puternic pentru realitatea și robustețea fenomenului de rotație mentală.
Figura 3
Exemple de poligoane neregulate folosite în experimentele de rotație mentală de Cooper (1975, 1976).
Experimentele de rotație mentală cu designul original Shepard & Metzler(1971) (sau variante ale acestuia), sunt aproape unice printre experimentele cu imagini prin faptul că nu depind nici de rapoarte verbale din partea subiecților, nici de instrucțiuni verbale explicite de utilizare a imaginilor în realizarea sarcinii experimentale. Astfel, ele pot fi adaptate pentru a fi utilizate cu subiecți de origine animală, ceea ce ridică posibilitatea de a furniza dovezi directe ale apariției imaginii la animalele neumane. Cu toate acestea, rezultatele încercărilor de a face acest lucru, atât cu păsări (porumbei), cât și cu diverse specii de maimuțe, au fost cel puțin mixte și în mare parte dezamăgitoare (Hollard & Delius, 1982; Rilling &Neiworth, 1987, 1991; Georgopoulos et al., 1989; Hopkinset al., 1993; Vauclair et al., 1993; Delius &Hollard, 1995; Köhler et al., 2005; Burmann etal., 2005; Nekovarova et al., 2013). În mod remarcabil, cea mai plauzibilă dovadă că orice animal poate utiliza strategia de rotație mentală și, prin urmare, probabil că experimentează imageria, provine din munca cu lei de mare (Mauck & Dehnhardt, 1997; Stich et al.,2003).
Pe de altă parte, efectul nu pare să depindă în mod specific de imageria vizuală: a fost demonstrat la subiecți umani cu orbire congenitală (Marmor & Zaback, 1976; Carpenter &Eisenberg, 1978), despre care se crede în general că nu experimentează imageria vizuală mentală și, prin urmare, se presupune că rotesc imagini haptice sau kinestezice. Abilitățile de rotație mentală au fost, de asemenea, studiate la sugari(Örnkloo & von Hofsten, 2007), la vârstnici (Dror etal., 2005) și la persoane cu probleme neurologice (Courboiset al., 2004; Hinnell & Virji-Babul, 2004), iar diferențele legate de vârstă, sex și chiar de orientarea sexuală în ceea ce privește performanța sa au fost investigate (de exemplu, Richardson, 1994;;; Terlecki &Newcombe, 2005; Levin et al., 2005; Quaiser-Pohl et al,. 2006; Maylor et al., 2007; Joanisse et al., 2008). În plus, conceptul de rotație mentală a fost aplicat în probleme practice, de la îmbunătățirea tehnicii chirurgicale (Conrad et al., 2006) la înțelegerea și tratamentul dislexiei (Russeler et al., 2005).
Controversele continuă cu privire la mecanismele care stau la baza rotației mentale (ca și a imaginii în general), dar acestea au fost recent cercetate prin mai multe tehnici neuroștiințifice, cum ar fi măsurătorile mișcării ochilor (de’Sperati, 2003), înregistrarea directă de la electrozi implantați în creier (Georgopoulos et al.,1989), imagistica prin rezonanță magnetică funcțională (fMRI) (de exemplu, Cohenet al., 1996; Richter et al., 2000; Creem et al., 2001; Koshino et al., 2005; O’Boyle et al., 2005), EEG (Prime & Jolicoeur, 2010) și stimularea magnetică transcraniană (Ganis et al., 2000). Unele dintre aceste cercetări s-au concentrat asupra „imaginii motorii” (Jeannerod,1994) mai degrabă decât asupra imaginii vizuale. Într-adevăr, s-a sugerat căprocesele motorii și zonele motorii ale creierului pot fi implicate în rotirea mentală în mod destul de general (Kosslyn, 1994; Wexler, Kosslyn &Berthoz, 1998; Wohlschläger, 2001; Tomasino et al.,2005; Amorim et al., 2006; Eisenegger et al., 2007;dar vedeți Flusberg & Boroditsky, 2011).