Wstęp do kognitywistyki swoistość wyjaśnień w kognitywistyce Marcin Miłkowski Wstęp do kognitywistyki swoistość wyjaśnień w kognitywistyce

O czym będzie mowa Czym jest kognitywistyka? Co to znaczy „wyjaśnić”? Koncepcje wyjaśniania: kompetencja a realizacja funkcjonalizm i poziomy Marra mechanicyzm

Czym jest kognitywistyka? Kognitywistyka: interdyscyplinarny konglomerat, obejmujący psychologię, lingwistykę, informatykę, robotykę, antropologię, filozofię, neuronauki, etologię…. Zajmuje się badaniem systemów poznawczych jako takich.

Klasyczny obraz (Raport dla fundacji Sloana, 1978) CYBERNETYKA NEUROLINGWISTYKA NEUROPSYCHOLOGIA SYMULACJA PROCESÓW POZNAWCZYCH LINGWISTYKA KOMPUTEROWA PSYCHOLINGWISTYKA FILOZOFIA PSYCHOLOGII FILOZOFIA JĘZYKA LINGWISTYKA ANTROPOLOGICZNA ANTROPOLOGIA POZNAWCZA EWOLUCJA MÓZGU

Skąd się wzięła? Za początek „rewolucji kognitywnej” uznaje się recenzję N. Chomsky’ego z Verbal Behavior B.F. Skinnera (1959) Skinner był behawiorystą, uważał, że psychologia ma wyjaśnić zachowania językowe na zasadzie uczenia w sensie behawiorystycznym

Behawioryzm: teoria uczenia Behawioryści badali uczenie się w kategoriach warunkowania: warunkowanie klasyczne: pies Pawłowa ślini się na dźwięk dzwonka (zwykły odruch, brak modyfikacji zachowania) warunkowanie instrumentalne (sprawcze), odkryte przez J. Konorskiego: nagroda lub kara wzmacnia określone zachowanie

Skinnera model języka Skinner chciał wyjaśnić uczenie się języka w kategoriach warunkowania: rodzice dają dzieciom nagrody i kary, wzmacniając właściwe zachowania Ale Chomsky pokazał, że to droga donikąd...

Produktywność Warunkowanie instrumentalne nie może być mechanizmem uczenia języka, bo jesteśmy w stanie zrozumieć potencjalnie nieskończoną liczbę zdań, których nigdy nie słyszeliśmy (produktywność lub twórczość). W przeszłości większość z nich nigdy się nie pojawiła!

Produktywność Wieloryby nie zajmują się wędkowaniem. Prawnik nie zmieści się w pudełku od zapałek. ... Żeby wyjaśnić, jak uczymy się języka, musimy postulować struktury poznawcze, odpowiadające za gramatykę.

Produktywność Wypowiedzi językowe, których jest potencjalnie nieskończenie wiele, składają się ze skończonej listy prostszych jednostek. Te jednostki składowe łączymy w wypowiedzi. Znając zasady łączenia (kompozycjonalności) i jednostki składowe, możemy zrozumieć i wypowiedzieć potencjalnie nieskończoną liczbę zdań.

Podejście kognitywne a behawioryzm Behawioryzm (zwykle) nie postuluje żadnej struktury wewnętrznej (poznawczej). W wyrafinowanych wersjach pojawiają się tzw. zmienne pośredniczące. (E. Tolman i mapy poznawcze u szczurów) Kognitywistyka postuluje struktury poznawcze. Klasycznie są to zwykle reprezentacje poznawcze i reguły ich łączenia.

Schemat (uproszczony do bólu!) Behawioryzm: bodziec→reakcja (S→R) bodziec→zmienna pośrednicząca→rea kcja (S→I→R) Kognitywistyka: wejście→poznanie→ wyjście wejście→poznanie→ wyjście→wejście→p oznanie→wyjście (cykl) Poznanie to przetwarzanie informacji

Co to znaczy „wyjaśnić”? Behawioryści i kognitywiści posługują się różnymi standardami wyjaśniania. Co to znaczy „wyjaśnić”? wyłożyć w znanych kategoriach? móc przewidzieć i kontrolować? wywnioskować ze znanych zasad?

Kompetencja i realizacja Chomsky wprowadził istotne rozróżnienie między: kompetencją (zdolnością poznawczą), taką jak rozumienie nieskończonej liczby zdań a realizacją (wykonaniem), czyli faktycznym posługiwaniem się językiem. Zdaniem Chomsky’ego, zadaniem lingwistyki jest wyjaśnianie kompetencji, a nie realizacji.

Kompetencja a realizacja Kompetencji nie można badać bezpośrednio. Nie jest obserwowalna! Postuluje się ją na podstawie świadectw empirycznych, ale innych niż realizacja językowa. Świadectwami są intuicje gramatyczności.

Intuicja gramatyczności Czy gramatyczne są zdania: Wesoła pojechać brzuchowi knypek. Żółte kartki przypominają mi śnieg. Bezbarwne zielone idee wściekle śpią. Gramatycznie poprawne, ale semantycznie nonsensowne.

Ale, ale... Wielu kognitywistów jednak chce wyjaśniać realizację i traktować ją jako świadectwo empiryczne. Wielu uważa, że właściwa teoria realizacji wyjaśnia kompetencję. Kognitywistyka wyjaśnia kompetencje, czyli zdolności poznawcze. Tego nikt nie neguje.

David Marr (1945-1980) Bardzo wpływowy badacz mózgu, pionier modeli obliczeniowych Jego książka Vision (1982, wydana pośmiertnie) to jedna z najbardziej wpływowych książek w kognitywistyce, ze względu na metodologię Tam wprowadził trzy poziomy wyjaśniania

Poziomy Marra Trzy poziomy Marra Poziom kompetencji

Poziom obliczeniowy Jaki jest cel obliczenia? Dlaczego jest adekwatne w danym środowisku? Na czym najogólniej polega strategia obliczania?

Poziom reprezentacji i algorytmu Jak zaimplementowany (zrealizowany) jest poziom obliczeniowy? Jaka jest reprezentacja wejścia i wyjścia i jaki jest algorytm przekształcenia wejścia w wyjście?

Algorytm Algorytm: efektywna metoda realizacji jakiegoś zadania, wyrażona w postaci skończonej listy instrukcji służących do obliczania określonej funkcji matematycznej. Np. algorytm dodawania dwóch liczb...

Poziom implementacji sprzętowej Jak realizacja i algorytm są realizowane fizycznie? (Jak ma się model obliczeniowy do mózgu?)

Poziomy czy aspekty Choć Marr pisze o poziomach, to w istocie są to różne perspektywy widzenia tego samego systemu, różniące się stopniem abstrakcji. Na poziomie obliczeniowym uwzględnia się też rolę środowiska, od którego abstrahuje się w pozostałych perspektywach.

Zasada Marra Najpierw określ, co robi dany system, czyli wskaż jego zdolność, a dopiero potem staraj się wskazać, jak ta zdolność powstaje. Zamiast badać poszczególne neurony czy synapsy, należy zrozumieć, czym jest widzenie dwuoczne! Kompletne wyjaśnienie musi zawierać wszystkie trzy poziomy.

Wyjaśnianie odgórne, nie oddolne Wyjaśnianie wg Marra jest więc odgórne (top-down), bo zaczynamy od teorii kompetencji. Neurobiologia lat 70 XX wieku (i m.in. Blue Brain i Human Brain Project) stosowała strategię oddolną (bottom-up): najpierw opis struktury, dopiero potem przypisanie funkcji.

Modele obliczeniowe W metodologii Marra kluczową rolę odgrywają modele obliczeniowe (np. programy komputerowe), które opisują przebieg procesów poznawczych. Mózg traktowany jest jako układ przetwarzający informacje, a program komputerowy ma pokazać, co wystarczyłoby do pojawienia się danej zdolności.

Wyjaśnienie potencjalności Model obliczeniowy wg Marra wyjaśnia, jak potencjalnie mogłaby pojawiać się dana zdolność poznawcza, a nie jak faktycznie się pojawia. To słabe wymaganie: od większości symulacji komputerowych wymaga się, żeby wyjaśniały faktyczny przebieg procesów (np. poznawczych). Zgodność nie tylko na poziomie kompetencji (obliczeniowym), ale też na pozostałych poziomach.

Funkcjonalizm Model Marra jest typowym modelem funkcjonalistycznym: wyjaśnia się, jak złożona funkcja systemu mogłaby powstać dzięki organizacji jego składników. Funkcjonalizm był filozoficzną obroną kognitywistyki (J. Fodor, H. Putnam, D. Dennett).

Autonomia psychologii? Psychologię poznawczą broniono przed zredukowaniem do nauk neurobiologicznych. Miała być autonomiczna, a więc niezależna od neurobiologii czy biologii. Z tego też względu podkreślano, że tę samą kompetencję może przejawiać bardzo wiele różnie zbudowanych układów, lekceważąc ich fizyczną strukturę.

Widmo redukcjonizmu Redukcjonizm: pogląd, że należy dążyć do redukcji i unifikacji teorii naukowych. Redukcja to w klasycznej koncepcji operacja logiczna (wywnioskowanie starej teorii z nowej przy założeniu pewnych dodatkowych praw pomostowych). W kognitywistyce odradza się w latach 1980 i trwa do dziś w różnych wersjach.

Integracja? Jak łączyć różne wyjaśnienia? Jak uwzględniać dane neurologiczne w modelach obliczeniowych? Zagadnienia integracji to podstawowy problem niejednorodnych konglomeratów takich jak kognitywistyka.

Mechanicyzm Teza mechanicyzmu: Kognitywistyka wyjaśnia poznanie, postulując mechanizmy przejawiające zdolności poznawcze. Stuart Glennan Bill Bechtel Carl Craver

Wyjaśnianie mechanistyczne Modele w kognitywistyce wyjaśniają, kiedy są modelami mechanizmów poznawczych. Wyjaśnienia konstytutywne obejmują trzy poziomy: Kontekst: mechanizm w środowisku Sam mechanizm: jego działanie Konstytucja: części i operacje mechanizmu , odpowiednio zorganizowane

Jakie mechanizmy? Mechanizmy poznawcze to mechanizmy przetwarzania informacji. Przetwarzanie informacji można charakteryzować za pomocą różnych środków: Formalne modele obliczeń Teoria sterowania i układy dynamiczne Podstawy (implementacja) modeli obliczeń w układach nerwowych, sztucznych itd.

Co uwzględniają mechanizmy? Większa rola ciała i zmysłów Większa rola otoczenia jako modulatora zachowania Neurologiczne podstawy poznania bez eliminacji teorii wyższego poziomu Integracja z biologią

Niejednorodny świat kognitywistyki Podstawowe lektury: P. Johnson-Laird, Komputer a umysł (klasyczna wizja obliczeniowa w stylu Marra) S. Pinker, Jak działa umysł? (perspektywa obliczeniowo-ewolucyjna, nowsza książka) M. Urchs, O procesorach i procesach myślowych (najbardziej współczesny podręcznik po polsku) A. Clark, Mindware (współczesne wprowadzenie z uwzględnieniem roli ciała i środowiska w poznaniu)

Do zobaczenia za tydzień!