Wstęp do kognitywistyki swoistość wyjaśnień w kognitywistyce

1. Marcin Miłkowski Wstęp do kognitywistykiswoistość wyjaśnień w kognitywistyce

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

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

4. Klasyczny obraz (Raport dla fundacji Sloana, 1978)

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

6. 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

7. 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...

8. 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!

9. 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.

10. 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.

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

12. Schemat (uproszczony do bólu!) • Behawioryzm: • bodziec→reakcja (S→R) • bodziec→zmiennapośrednicząca→reakcja (S→I→R) • Kognitywistyka: • wejście→poznanie→wyjście • wejście→poznanie→wyjście→wejście→poznanie→wyjście (cykl) • Poznanie to przetwarzanie informacji

13. 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?

14. 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.

15. 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.

16. Intuicja gramatyczności • Czy gramatyczne są zdania: • Wesoła pojechać brzuchowi knypek. • Żółte kartki przypominają mi śnieg. • Bezbarwne zielone idee wściekle śpią.

17. 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.

18. 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

19. Poziomy Marra • Trzy poziomy Marra Poziom kompetencji

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

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

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

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

24. 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.

25. 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.

26. 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. BlueBrain i HumanBrain Project) stosowała strategię oddolną (bottom-up): najpierw opis struktury, dopiero potem przypisanie funkcji.

27. 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.

28. 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.

29. 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).

30. 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.

31. 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.

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

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

34. 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

35. 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.

36. 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

37. 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)

38. Do zobaczenia za tydzień!