Métacognition procédurale et métacognition analytique

Joëlle Proust

Institut Jean-Nicod, ENS, Paris

http://dividnorm.ens.fr http://joelleproust.org

Université de Rouen4 Avril 2013

Exemples centraux de métacognition

Suivi rétrospectif (évaluation de ses propres réponses cognitives)

Suivi prospectif (évaluation de ses ) Jugements d’apprentissage (réduction de

l’incertitude concernant le temps nécessaire pour apprendre)

Evaluation de ce que l’on sait (réduction de l’incertitude concernant la correction de ses croyances)

Suivi des émotions et des motivations

A quoi le terme de “métacognition” fait-il référence?

En Sciences cognitives , “métacognition” renvoie à la capacité par laquelle un sujet peut évaluer, à un moment donné, la faisabilité ou l'accomplissement d'une performance cognitive donnée (comme l'apprentissage d'un labyrinthe, ou la discrimination un signal) (Koriat et al., 2006).

Conception « auto-évaluative »

Pour les spécialistes du Mindreading, « métacognition » fait référence à la métareprésentation en première personne de

ses propres états mentaux. (Perner, Carruthers 2009, 2011).

Conception « auto--attributive »

Ce n’est pas un affaire de mot

L’enjeu est évolutionnaire, développemental et functionnel: Est-ce que certains organismes sans accès au

mindreading peuvent s’évaluer cognitive? Le développement de la métacognition est-il une

conséquence de la capacité de mindreading? Dans quelle mesure la métacognition est-elle :

une capacité “procédurale” (une forme pratique d’auto-évaluation épistémique et conative)?

Une capacité analytique (du fait de la compréhension mentalisatrice?)

Plan de l’exposé

1. La conception auto-attributive de la métacognition

2. Métacognition et action cognitive

3. La conception auto-évaluative de la métacognition

4. Quelles sont les données favorables à chaque conception?

5. Est-ce que la métacognition et le mindreading inter-agissent?

La conception auto-attributive de la métacognition

4 thèses principales

1) Le sous-système d'évaluation et le sous-système évalué peuvent ne pas appartenir à un même organisme.

(2) L'évaluation est réalisée propositionnellement, et requiert de métareprésenter l’activité cognitive de premier ordre.

(3) Toute forme de contrôle et de suivi cognitif suppose que soient représentées les modalités psychologiques impliquées dans l’activité cognitive de premier ordre (perception, mémoire, croyance, connaissance, etc.).

(4) L'auto-évaluation ne relève pas de l’agir cognitif, s'il existe. Mais les formes supérieures de l’action intentionnelle supposent que les intentions soient métareprésentées.

(1) Le sous-système d'évaluation et le sous-système évalué peuvent ne pas appartenir à un

même organisme.

Depuis Flavell, beaucoup de théoriciens estiment que la métacognition appartient à la cognition sociale.

Le jugement critique d’autrui, internalisé, forme la base de l’auto-évaluation (Scaffoling Vytgoskien)

Flavell et Wellman se demandent en 1975 ce qu’ont en commun les différents « métas » (métarepresentation, métamémoire etc.)

  Leur réponse est qu'ils impliquent tous une "généralisation sur les personnes et leurs actions vis-à-vis des objets» par réflexion abstractive.

  Les concepts attributifs impliqués par l’évaluation critique d’autrui sont donc indispensables au développement de l’auto-évaluation.

(2) Evaluation is performed propositionally, through metarepresentational or mind-

reading processes.Metacognition coincides with the acquisition, or possession, of second-order propositional attitudes such as "I believe that I believe that P", "I believe that I intend to F etc".

E.g.

Self-attributing or evaluating a belief requires recognizing a first-order occurrent belief as a belief.

(2) ) L'évaluation est réalisée propositionnellement, et requiert de

métareprésenter l’activité cognitive de premier ordre

Des métareprésentations sont formées par un dispositif de mindreadingUn dispositif spécialisé de représentation

transforme une pensée occurrente P en représentation enchâssée sous une attitude propositionnelle:

"Je crois" (« je perçois », « j’imagine » etc) que P".

(2) L'évaluation est réalisée propositionnellement, et requiert de métareprésenter l’activité cognitive de

premier ordre

Variantes théoriques: le dispositif peut : Être neutre quant à son applicationà soi-même

ou à autrui

(Dienes & Perner, 2001, Carruthers, 2009)

Partir d’une simulation d’autrui sur soi-même (Goldman, 2006)

Être associé à une capacité exécutive permettant le découplage des représentations

(Russell, 1996).

Carruthers, BBS, 2009

“Our access to our own propositional attitudes is always interpretative” (rather than introspectable), even though “the evidence base for self-interpretation is somewhat wider than we normally have available when interpreting other people”

(p. 124)

Carruthers, BBS, 2009

L’accès personnel que l’on a de ses contenus mentaux ne les rend ni spéciaux ni privilégiés: des inférences sont toujours nécessaires.

“One may access one's thought contents on the basis of one's motor and linguistic behavior, on the basis of inner speech and rule application, or on the joint basis of inner speech, patterns of attention and emotion, and self-interpretation (Carruthers, 2009)”.

(3) L’évaluation suppose que soient représentées les attitudes mentales

comme telles Pour avoir une attitude critique à l'égard de leurs propres états

cognitifs et de ceux d’autrui, les enfants doivent d’abord être capables de représenter la relation entre la représentation et le monde et de reconnaître que, dans certaines circonstances, elle est fausse ou illusoire.

Pour évaluer la correction de la récupération d’un nom en mémoire, il faut connaître le rôle de la rémémoration dans la récupération de la croyance de premier ordre (Perner & Ruffman, 1995)

Les enfants de 3 ans testés dans diverses formes de contrôle cognitif, d'auto-évaluation et de suivi des sources ont du mal à distinguer l'apparence perceptive de la nature réelle des objets (comme une éponge qui ressemble à un rocher (Flavell , 1979)

(4) L'auto-évaluation ne relève pas de l’agir cognitif, mais les formes supérieures de l’action intentionnelle

supposent que les intentions soient métareprésentées.

Les théoriciens du mindreading ne pensent pas que faire une action permette de mieux comprendre l’action que l'observation des actions d'autrui.

Pour les théoriciens du mindreading, l'action ne peut pas fournir des indices prédictifs ou d'auto-évaluation qui peuvent être directement introspectés par l'agent.

  En d'autres termes, aucune information procédurale n’est acquise dans l'action que la croyance théorique ne pourrait pas capter.

Cf. Peter Carruthers (2009): tous les indices impliqués dans la compréhension de soi et l'auto-évaluation sont de nature inférentielle (c’est-à-dire conceptuelle).

(4) Les métareprésentations jouent un rôle essentiel dans les formes d’agir supérieures.

Shallice 2008 . Le “contention scheduling system” (CSS), système de

bas niveau, active des effecteurs sur la base des affordances de l'environnement.

  Une forme de niveau supérieur de contrôle, appelé Supervisory Attentional System (SAS) déclenche des actions non routinières, grâce à la métareprésentation des intentions de l'organisme et de ses capacités cognitives.

la capacité métareprésentationnelle est la clé de la capacité de contrôler et d'inhiber les actions de routine d'une manière contextuelle.

L’action cognitive

Exemples d’actions cognitives

Purement épistémiques

Attention perceptive Raisonnement dirigéRemémoration dirigéeVisualisation dirigéeImagination dirigée

partiellement épistémiques

PlanificationDélibération sur les

préférencesContrôle de ses

émotions

How do epistemic actions contribute to world-directed action?

Les actions cognitives sont généralement enchâssées dans les actions instrumentales ( visant à changer le monde)

Par exemple:

Pour faire les courses, je dois me rappeler ce qui était noté sur la liste que j’ai oubliée chez moi.

Compromis nécessaires

(exhaustivité/exactitude)

Le choix est déterminé par des raisons instrumentales

Action cognitive

Norme (s) épistémiques

Action Instrumentale : norme d’utilité

Suivi métacognitif et normes épistémiques

Pour savoir quelle est la sensibilité d’un agent à des normes épistémiqus, il faut observer son activité métacognitive:

Quand il prédit ses dispositions cognitives (en vue de contrôler sa performance mémorielle) (Puis-je me rappeler x? [exactement/exhaustivement]

Quand il évalue rétrospectivement le produit de sa performance cognitive (Quelle est ma confiance dans l’exactitude/l’exhaustivité de ma réponse?)

Auto-prédiction

Avant d’agir cognitivement, il faut déterminer si: Je peux me souvenir de x J’ai la compétence cognitive nécessaire pour

réussir à telle ou telle tâche. Je suis suffisamment motivé pour agir de telle

ou telle manière (en planifiant)

Post- évaluation

L’exécution d'une action cognitive implique la capacité d'évaluer son succès

Il faut savoir, par exemple, si Le nom retrouvé est correct Le raisonnement suivi est solide une contrainte pertinente n’a pas été

oubliée lors de la planification

Normes du contrôle et du suivi métacognitifs

Exactitude (mémoire, raisonnement)

Exhaustivité (mémoire, raisonnement)

Cohérence (fiction, raisonnement)

Consensus (negociation, déférence à une autorité épistémique)

Pertinence et informativité (conversation)

Intelligibilité ou fluence (perception, vigilance épistémique)

La conception auto-

évaluative de la

métacognition

4 thèses

(1) Le sous-système régissant l’action et le sous-système d'évaluation font partie d'un même organisme.

(2) L'évaluation est réalisée de manière dynamique, par contrôle adaptatif, c'est à dire par contrôle et suivi.

(3) l'évaluation, à savoir, le contrôle dynamique, n’implique pas nécessairement la capacité de représenter les états mentaux en tant que telle, mais peut le faire dans des formes supérieures de contrôle.

(4) Il existe une forme de sensibilité au contexte épistémique et instrumental dans la métacognition, ce qui suggère que la métacognition est un ingrédient de l’agir cognitif

(1) Le sous-système régissant l’action et le sous-système d'évaluation font partie d'un même

organisme. Etant flexibles, les systèmes cognitifs peuvent

orienter leur attention sur de nombreux objets, donner un sens à des contextes très divers et apprécier leur pertinence étant donné les besoins. Mais leurs ressources sont limitées

  Un sous-système conçu pour évaluer l'incertitude quant à ses propres dispositions cognitives ou ses performances permet d’allouer les ressources de façon optimale.

(2) L'évaluation est réalisée de manière dynamique, par contrôle adaptatif, c'est à dire

par contrôle et suivi de la commande.Les systèmes de contrôle impliquent une boucle dans laquelle l'information a un flux bidirectionnel.

de haut en bas : une commande est sélectionnée et envoyée à un effecteur.

de bas en haut : la rétroaction générée par la commande informe le niveau de contrôle de l'adéquation de la commande activée.

Ce qui est crucial dans tout système de contrôle, c'est le fait que les réactions observées peuvent être comparées avec celles qui sont attendues.

(3) l'évaluation n’implique pas nécessairement la capacité de représenter les états mentaux en tant que telle, mais peut le faire

pour les formes supérieures de métaocgnition.

Le contrôle de la mémoire et de la perception est « dépendant de l'activité » : l'évaluation est effectuée sur la base de sentiments, qui sont, eux-mêmes, produits par des heuristiques inconscientes (comme l'heuristique de l'effort).

Les sentiments métacognitifs permettent à l’agent d’évaluer sa confiance dans le succès d’une tâche de premier ordre.

Les formes supérieures de la métacognition («métacognition analytique») reposent sur la métareprésentation des dispositions cognitives, plutôt que sur des sentiments.

(4) La métacognition est un ingrédient de l’agir cognitif

2 propriétés essentielles: La sensibilité au contexte la dependance de l’activité:

S’ engager dans une tâche de premier ordre avec le souci de la réussir permet aux agents d’extraire des indices de leur activité qui sans cela ne leur seraient pas accessibles.

Dissociation entre métacognition procedurale et analytique chez l’adulte

L’xactitude d'un jugement d’apprentissage * (JOL) fait par soi-même ou par autrui dépend du fait que l’observation d’autrui ait été précédée par l’exécution de la tâche par soi. ‹

  (Koriat et Ackermann, 2010).

* Un jugement d’apprentissage est celui qui prédit si l'apprenant sera capable de se rappeler un élément étudié après un certain délai.

Dissociation frappante dans une tâche d'apprentissage auto-rythmée (self-paced):

Off-line evaluationMindreading

Les participants s’appuient sur la théorie naïve fausse selon laquelle une durée plus longue du temps mis par autrui pour apprendre prédit une meilleure performance

On-line evaluationProcedural metacognition

Les participants jugent correctement qu’une durée plus longue du temps mis par soi pour apprendre prédit une moins bonne performance

«heuristique effort de mémorisation", basée sur des indices dynamiques tels que le temps passé et le taux d'accumulation de preuves.

(Koriat & Ackermann, 2010)

Contraste saisissant entre deux modes d’évaluation

1. sentiments noétiques « sensibles au véhicule » (structurés par les propriétés des dynamiques neuronales sous-jacentes)

2. Décisions épistémiques « sensibles au contenu » qui ne semblent pas susciter de sentiments métacognitifs particuliers.

Sentiments de..

Effort mental Familiarité Savoir Incertitude sur sa compétence Mot sur le bout de la langue Cohérence, incohérence Avoir raison Beauté or harmonie Incertitude sur sa performance

Metacognition Metarepresentation Essentiellement Reflexive Traitement engagé peu récursive Pas de découplage Representational

promiscuity No inferential promiscuity Predictive-evaluative

function

No essential reflexivity Disengaged processing

(shallowness possible) Fully recursive Decoupling involved No representational

promiscuity Inferential promiscuity Predictive-attributive

function

Données empiriques concernant la metacognition procédurale

chez l’animal et l’enfant

3 types de données

1. Métacognition procédurale chez les singes rhesus (comportement, neurosciences)

2. Métacognition procédurale chez les enfants de 3 ans.

3. La dissociation rapportée plus haut chez l’adulte.

A – Singes rhesus

Les études comparatives

Ont permis, cette dernière décennie, de dissocier:

Une capacité métareprésentationnelle (supposée absente chez les non-humains)

Une capacité métacognitive (présumée présente )Une capacité de contrôle moteur (présente chez la

plupart des animaux)

Types de tâche permettent de mesurer l’incertitude subjective

1. Recherche d’information/achat d’information (Call & Carpenter 2001, Washburn et al, 2006, Kornell et al, 2007)

2. Paradigme  d’opt out  (test de discrimination perceptive ou de mémoire) (Shield, Smith & Washburn, 1997 ,Hampton, 2001

3. Pari rétrospectif sur la correction de la réponse qu’on vient de donner (Hampton, 2009)

Principal problème de méthode

La difficulté consiste à montrer que les singes et les singes

  contrôlent leur incertitude et en font le suivi(indices internes)

  plutôt que d'apprendre comment le monde est (indices extérieurs)

Psychologie comparative

Smith et al. (BBS, 26, 3, 2003): Les singes et les dauphins ont des capacités

métacognitives: ils peuvent évaluer leur incertitude quant à leur capacité de faire une tâche A mieux qu’une tâche B pour un stimulus qui n’a pas été antérieurement traité. (tâche de discrimination de densité visuelle)

Option de rejeter le test si la discrimination est perçue comme trop difficile, afin d’avoir accès à une tâche plus facile.

43

Y a-t-il une différence entre performances hommes/primates ?

Smith et collaborateurs ont utilisé dans les deux cas une tâche de discrimination de densité

44

45

46

0102030405060708090

100

1250 1650 2050 2450 2850Box Density (pixels)

Macaque

Sparse

Dense

Uncertain

0102030405060708090

100

1950 1975 2000 2025 2050 2075 2100Pitch Height (Hz)

A. Dolphin

Low

High

Uncertain

Dolphin

470

102030405060708090

100

1250 1650 2050 2450 2850Box Density (normalized pixels)

HumansSparse

Dense

Uncertain

0102030405060708090

100

1250 1650 2050 2450 2850Box Density (pixels)

Monkey

Sparse

Dense

Uncertain

0102030405060708090

100

1250 1650 2050 2450 2850Box Density (normalized pixels)

HumansSparse

Dense

Uncertain

0102030405060708090

100

1250 1650 2050 2450 2850Box Density (pixels)

Monkey

Sparse

Dense

Uncertain

Résultats

Les sujets répondent dans les deux cas qu’ils sont incertains au point d’incertitude “objective” (2600 pixels)

Or cette bonne performance métacognitive du singe (macaque) s’accompagne d’une absence de Théorie de l’esprit

49

Résumé Les singes Rhésus déclinent plus souvent les essais

plus difficiles dans des tâches de discrimination visuelle (Shield, Smith & Washburn, 1997) et dans des tâches de mémoire (Hampton, 2001).

Ils généralisent leurs réponses d’incertitude à des tâches nouvelles (Washburn, Smith & Shields, 2006)

Les Macaques utilisent les réponses d’incertitude même quand le feedback est donné en bloc et non pas par essai (Beran, Smith, Redford & Washburn, 2006)

50

Metacognition in Phylogeny:Yes No

Primates: Apes: chimps and

orangutans search for info (SI)

Rhesus macaques (SI & U-R)

Marine mammals: Bottle-nosed dolphins U-R

Rats: Foote & Crystal (2007) U-R in auditory discrimination task

Pigeons no U-R (Sutton & Shettleworth, 2008)

Capuchin monkeys: no SI, no U-R (Beran et al. 2006)

Rats: Smith & Scholl (unpub.), Smith et al. 2007 (no U-R)

Methodological problems:

Qu'est-ce que la I-réponse signifie exactement dans un paradigme d'opt-out?

1. L'animal préfère se soustraire à des épreuves difficiles, impliquant un time-out de pénalité après chaque échec?

2. (lorsqu’on lui donne un feedback après chaque essai): l'animal est conditionné à donner la I-réponse pour une classe de stimuli?

3. l'animal évalue rationnellement la façon dont il perçoit ou se souvient compte tenu des contraintes de la tâche?

4 manières d’interpréter la I-réponse :

Les stimuli de la région centrale sont objectivement incertains

réponses de milieu de gamme sont directement récompensés (cond. positif)

réponses de milieu de gamme sont directement punis (cond. aversif)

Milieu de gamme est subjectivement incertain: c'est à dire non lié à un conditionnement stimulus-réponse.

Propriétés des réponses observées

Pas cognitives, c'est à dire. pas liées à un stimulus particulier

Elles se généralisent à de nouveaux stimuli et de nouvelles tâches sans nouvel apprentissage (Kornell & al, 2007)

Pattern distinctif: «fragiles et changeantes», et reflétant des choix individuels en matière de risque.

Elles supposent l'accès à un sentiment d'incertitude

Résultats récents

Singes du Nouveau Monde (capucins) apprennent les réponses du milieu lorsqu'elles sont sélectivement récompensées, mais ne produisent pas de réponses métacognitives (ie, n’utilisent pas la en contraste avec les singes de l'Ancien Monde (rhesus macaques).

La structure de I-réponses dépend du type de feedback.

les I-réponses et les réponses moyennes diffèrent par la force de motivation associée.

B - N ouvelles données développementales

Dominant view among mindreading theorists

3 yr olds don’t form judgments of uncertainty because they can only attribute true beliefs to self and others.

Les enfants de 3 ans et demie ont la même métacognition procédurale que les singes

rhésus

Paradigme de refus de répondre (opt out) semblable à celui de Smith et al.’s (2003)

Enfants échouent aux tests verbaux d’auto-attribution de connaissance

Est-ce qu’ils peuvent avoir un accès implicite à leurs propres états de connaissance (savoir s’ils savent)?

(Balcomb & Gerken, 2008).

58

Opt out paradigm

(Balcomb & Gerken, 2008) 59

Les enfants de 3 ans et demie ont la même métacognition procédurale que les singes rhésus

Resultats:

Les enfants prédisent correctement s’ils pourront se rappeler un élément donné.

Ils ont de meilleures performances quand ils peuvent choisir de répondre ou non que dans les essais où les réponses sont forcées.

(Balcomb & Gerken, 2008).

60

Meilleures performances quand la réponse est libre (opt out possible)

(Balcomb & Gerken, 2008)

Exp 1: les enfants doivent former des jugements de reconnaissance en présence de la cible, de son associé et d’un distracteur

Exp 2: idem, sauf que les jugements sont formés en présence du seul associé.

61

La réussite des enfants et des singes aux tâches d’opt-out

pose la question: quelle est la source d'information qui est utilisée pour prendre une décision métacognitive appropriée?

La réponse vient de neurosciences de la décision

C – Neurosciences de la décision perceptive chez le singe rhésus.

How to implicitly access one’s own uncertainty?

Neurons predicting a saccade in a given direction respond less strongly in the erroneous decisions (dashed lines).

This difference could be the basis for judments of confidence about decision.

Kim & Shadlen, Nature Neuroscience, 1999

How to implicitly access one’s own uncertainty?

The accumulator model

. Evidence for the two alternatives is accumulated in parallel, until one of the evidence totals reaches a criterion value, and the associated response is emitted.

Vickers & Lee, 1998

The neural correlates of procedural metacognition in rhesus monkeys.

were studied in an opt-out task, where monkeys must

discriminate whether a shortly presented stimulus is moving left or right.

respond, after a delay, with an eye movement.

“Sure bet” option available in some trials

(Kiani & Shadlen, Science, 2009)

Kiani & Shadlen, Nature Neuroscience, 2009

They found that the firing rate of neurons in the lateral intraparietal cortex (LIP) correlates with the accumulation of evidence, and the degree of certainty underlying the decision to opt out.

This result fits nicely with an accumulator model of judgments of self-confidence.

Behavior reflects appropriate confidence in judgment

Monkeys opt for sure target when the chance of making a correct decision is small (short stimulus durations) (Fig D)

Better accuracy when the monkeys waived the opt-out option than in trials when no option was offered (dashed line in fig E)

Kiani & Shadlen, Nature Neuroscience, 1999

Résumé

Les singes rhésus et les enfants de 3 ans peuvent décider de façon fiable et flexible quand effectuer une tâche cognitive.

Les singes rhésus ne présentent pas de capacités mindreading, et les enfants de 3 ans ont seulement des formes naissantes de raisonnement mental.

Un modèle d ’accumulation de l’évidence peut être utilisée par le cerveau pour extraire des indices probabilistes de prévision, sur la base des performances antérieures.

Do metacognition and mindreading interact?

Does mindreading influence metacognition?

YES: On the basis of beliefs about perception, about cognitive competences, about learning, about communicational goals etc.

mindreading allows metacognition to develop new epistemic goals and new strategies, and to develop new dimensions of self-evaluation (= « analytic » metacognition)

Does procedural metacognition influence mindreading?

YES

by orienting social reasoning to shared (consensual) fluent and relevant targets.

In conversation: by restricting the number of the inferences and implicatures to those that are easy to process and salient.

Epistemic norms are distributed in two mc systems

System 1: procedural

Fluency (familiarity) Consensus Intelligibility Coherence Informativeness

System 2: analytic Accuracy (memory, reasoning)

Comprehensiveness or exhaustivity (memory, reasoning)

Coherence (fiction, demonstrative reasoning)

Consensus (negociation, deference to authority )

Relevance (conversation),

Informativeness (conversation)

Plausibility

A contrast between norms.

• Fluency is a norm that is inherent to processing, and that gives rise to specific feelings (familiarity, confidence in perception or in memory)

• Other norms, such as truth or plausibility, are inherent to evaluating a cognitive content.

Contrast between two forms of metacognitive norms: experience-based (procedural) and concept-based (analytic).

The 2-system view revised

Granting that System 1 generates nonconceptual contents in a featural format, the contrast with System 2 is one between two ways of forming and using representations.

System 1 System 2

Vehicle-based

Inflexible

Economical

Nonconceptual

Gradient structure

Modular

Non inferential

Content-based

Flexible

Costly

Conceptual

Componential structure

Non-modular

Inferential

Inflexibility

Inflexibility has nothing to do with the fact that feelings are « generated by subpersonal processes ». All our flexible thoughts are also generated subpersonally.

System1 inflexibility derives, rather, from the nonconceptual format of representation that is used to drive decision.

What kind of binding is there between S1 and S2?

The binding between the two systems is the same as that studied in the philosophy of perception between nonconceptual protopropositional content, and propositional content.

What kind of binding is there between S1 and S2?

The nonconceptual content of perception is inserted within a propositional format including terms for concepts and objects.

Analogously, children's NFs are redescribed in conceptual terms.

What kind of binding is there between S1 and S2?

When a System 2 is present, agents have access to propositional representations of their cognitive goals, and can assess their cognitive resources under new types of norms.

Although this assessment may take marginal advantage of NFs (e.g.: intelligibility), it is not mainly based on cognitive emotions.

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