Wstęp do kognitywistyki Układy dynamiczne i rozwój poznawczy Marcin Miłkowski Wstęp do kognitywistyki Układy dynamiczne i rozwój poznawczy

O czym będzie mowa Piaget: klasyczna wizja rozwoju poznawczego Smith & Thelen: motoryka! Układy dynamiczne a wyjaśnianie procesów poznawczych

Piaget: klasyczne badania nad rozwojem poznawczym Jean Piaget (1896-1980), psycholog i epistemolog szwajcarski Doktor honoris causa UW (1958) Twórca epistemologii genetycznej: badania nad genezą (rozwojem) poznania

Piaget: fazy rozwoju poznawczego Poznanie przechodzi przez różne fazy rozwojowe. Każdej fazie odpowiada odpowiednia logika myśli u dziecka. Istota rozwoju: uczenie uniwersalnych niezmienników i przekształceń.

Piaget: okresy rozwojowe sensomotoryczny (do 2 roku życia) przedoperacyjny (2-7 rok życia) operacji konkretnych (7-12 rok życia) operacji formalnych (12 rok życia-…) Od konkretu do abstrakcji, dzięki rozwojowi pojęciowemu, rozpoznawaniu abstrakcyjnego charakteru przekształceń i niezmienników.

Piaget (1954): Błąd AB (a nie-b) Zabawka chowana jest w miejscu A i po krótkiej przerwie dziecko może ją stamtąd wyciągnąć. Po kilku powtórzeniach w A zabawka chowana jest w miejscu B; dzieci szukają nadal w A, chociaż patrzą na B!

Piaget: Błąd AB 8-10 miesięczne dzieci. I zwierzęta. Roczne i starsze dzieci nie szukają w miejscu B. Dlaczego? Piaget: dopiero wtedy dzieci mają pojęcie przedmiotu istniejącego niezależnie od ich działań.

Błąd AB: jak to inaczej wyjaśnić? Inne propozycje: zmiana reprezentacji przestrzeni, zmiana funkcji kory przedczołowej, uczenie hamowania reakcji, zmiana interpretacji zadania, zwiększenie siły reprezentacji…

Wyjaśnienie dynamiczne Linda Smith, Ester Thelen, Gregor Schöner i in. (2001): to nie jest kwestia braku reprezentacji przedmiotu, bo zjawisko występuje w bardzo różnych sytuacjach Wiele przyczyn na kilku skalach czasowych daje złożone (emergentne) zjawisko

Emergencja: trudne pojęcie Własność emergentna złożonego systemu to taka, która: zmienia się przy zamianie równoważnych części, zmienia się przy zmianie skali, zmienia się po rozłożeniu i ponownym złożeniu, zależy od nieliniowych oddziaływań między częściami systemu (William Wimsatt).

Emergencja: przykład Znaczenie wyrażenia „mieć kogoś w nosie” nie zależy tylko od znaczenia wyrażeń „mieć”, „ktoś”, „w” i „nos”: połączenie tych słów daje własność nieagregowalną, bo powstaje idiom. Mieć kogoś w odwodzie. Mieć nos w książkach. Mieć nos w okularach. Niepełna kompozycyjność!

Wyjaśnienie dynamiczne: analiza zadania Czas istotny: Plan rozwija się w czasie Dziecko sięga tam, gdzie zaplanowało, widząc przedmiot i zapamiętując go

Wyjaśnienie dynamiczne Plan sięgnięcia do A rośnie przy ukrywaniu przedmiotu i utrzymuje się w trakcie przerwy Plan sięgnięcia do B zwiększona aktywacja A z powodu pamięci, ale po upływie pewnego czasu rośnie aktywacja B

Wyjaśnienie dynamiczne Pamięć sięgania zmienia zachowanie dziecka. Zmiana opóźnienia: zmiana zachowania! Większa różnica prób A i B: zanik „błędu” stojące dziecko radzi sobie dobrze!

Wyjaśnienie dynamiczne Nie ma jednej przyczyny: wiele czynników różnica między próbą A i B, opóźnienie, kierunek uwagi... Samoorganizacja czynników Błąd perseweracji może pojawić się nawet u dorosłych! Dwulatki popełniają błąd w piaskownicy po 10 s.

Wyjaśnienie dynamiczne To dlaczego jest różnica między 10-miesięcznym a 12-miesięcznym dzieckiem? Hipoteza Smith i Thelen: pełzanie i lepsza motoryka polepsza pamięć przestrzenną

Układy dynamiczne Dynamicyzm: procesy poznawcze rozgrywają się w czasie rzeczywistym w układach złożonych. Wyjaśnienie poznania to wyjaśnienie dynamiki, czyli zmian w czasie.

Układy dynamiczne Każdy układ fizyczny zmieniający się w czasie można opisać w kategoriach układów dynamicznych. Układ dynamiczny to obiekt matematyczny jednoznacznie opisujący ewolucję stanu systemu w czasie. Zbiór stanów systemu uporządkowany w czasie to jego trajektoria.

Układy dynamiczne <T, S, φt> T – czas, dyskretny lub ciągły S – przestrzeń stanów φt – operator ewolucji (przekształca stan x0 ∈ S w czasie t0 ∈ T w xt w czasie t ∈ T). Najczęściej opisuje się je równaniami różniczkowymi, ale maszyny Turinga czy inne komputery to też układy dynamiczne!

Wiele formalizmów Wiele narzędzi do badania układów dynamicznych Teoria systemów Teoria złożoności Teoria chaosu deterministycznego Analiza funkcjonalna Teoria ergodyczna Teoria sterowania Dynamika topologiczna...

Przestrzeń stanów Zwykła przestrzeń geometryczna ma 2 lub 3 wymiary. Przestrzeń abstrakcyjna: każdy atrybut danego przedmiotu, jeśli jest opisany liczbowo, może być wymiarem przestrzeni. Punkt w 10-wymiarowej przestrzeni jednoznacznie wskazuje wartość w 10 wymiarach.

Dynamicyzm kontra Turing Tim Van Gelder: układy dynamiczne lepiej opisują procesy poznawcze niż maszyna Turinga Przykład paradygmatyczny: regulator Watta steruje prędkością silnika parowego

Cybernetyka i sprzężenie zwrotne Regulator Watta: zasada sprzężenia zwrotnego w sterowaniu Siła odśrodkowa podnosi kule (B), które regulują zawór (wejście do A)

Samoregulacja Układ może się sam regulować, aby utrzymywać stan docelowy, modyfikując swoje działanie w zależności od swojego wyjścia (sprzężenie zwrotne ujemne). Typowe w termostatach, robotyce...

Cybernetyka Norbert Wiener, Cybernetyka, czyli teoria sterowania i kompunikacji w zwierzęciu i maszynie (1948) Oparta na doświadczeniach wojennych Prekursorzy w neurofizjologii w ZSRR (P. Anochin, uczeń Pawłowa) W biosemiotyce podobne idee miał J. Uexkull Pochodzenia polsko-żydowskiego

W. Grey Walter i jego żółwie Machina Speculatrix (1953) 1 fotokomórka, 1 sensor odbicia, 1 motor, 3 kółka, 1 akumulator, 2-komórkowy układ nerwowy Zachowania: szukanie światła kierowanie się w stronę umiarkowanego światła odwracanie się od światła jasnego skręcanie i popychanie ładowanie akumulatora

Cybernetyka a kognitywistyka... Środowisko brytyjskich cybernetyków (W. Ashby) współtworzyło idee informatyki (klub Ratio – A. Turing) W USA badano sieci neuronowe (McCulloch & Pitts) Simon i Newell też wyrastali w tym duchu Ale potem drogi się nieco rozeszły...

Cybernetyka a kognitywistyka… Cybernetyka nie zawsze postulowała stany wewnętrzne (wczesna teoria sterowania). Często podkreślano procesy analogowe. Sprzężenie zwrotne jako istota procesów poznawczych (i umysłowych w ogóle).

Cybernetyka a polityka W krajach satelickich ZSRR do lat 60. cybernetyka była zwalczana, mimo radzieckich prekursorów. W latach 70. została zaakceptowana, by stać się językiem wojskowo-biurokratycznej nowomowy i pseudonauki. Podręcznik szkoleniowy ORMO Józefa Kosseckiego w PRL Mariaż z gnozą Jana Trąbki

Dynamicyzm Dynamicyzm – narzędzia teorii sterowania, lecz nie wyłącznie sprzężenie zwrotne. Często stosuje się terminy z teorii chaosu deterministycznego. Złożone układy dynamiczne są nieobliczalne.

Problem trzech ciał Problem wyznaczenia ruchu spowodowanego przez oddziaływania grawitacyjne trzech ciał (dane: położenie, masa i prędkość) nie ma ogólnego rozwiązania analitycznego. (E. Bruns i H. Poincare) Ten ruch zasadniczo jest niepowtarzalny... Istnieją tylko aproksymacje różnego rodzaju.

Atraktory i przestrzenie fazowe Przestrzeń fazowa = przestrzeń stanów układu Atraktor = zbiór, w którego stronę układ ewoluuje w czasie Tzw. dziwne atraktory mają strukturę fraktali

Dynamicyzm Zasada metodologiczna dynamicyzmu: tak uprościć, aby rozwiązania jeszcze istniały. Im mniej parametrów, tym lepiej. Układy liniowe łatwiejsze; nieliniowe – trudniejsze. Tymczasem programy Newella i Simona mają tysiące parametrów i nie poddają się skutecznej analizie w kategoriach dynamicznych

Dynamicyzm Podobnie jak cybernetyka podkreśla istotność zmian w czasie i sterowania. Zwykle sceptycznie traktuje reprezentacje. Podkreśla niepowtarzalność i częściową niestabilność procesów poznawczych.

Bifurkacja Bifurkacja = zmiana jakościowa punktów równowagi w wyniku niewielkiej ilościowej zmiany parametrów w układzie nieliniowym (zwielokrotnienie okresu)

Dynamicyzm Proste składniki prowadzą do złożonych zachowań, często nieliniowych! Liczne nieliniowe układy są stochastyczne, a inne deterministyczne, lecz chaotyczne. Efekt motyla

Zasady dynamicyzmu Układ poznawczy to złożony układ dynamiczny zmieniający się w czasie. Do jego opisu używa się różnych narzędzi, często abstrahując od jego struktury wewnętrznej. Nie reprezentacja, tylko sterowanie, sprzężenie i oddziaływanie!

Do zobaczenia za tydzień!