PARADIGMATA KOGNITIVNÍ
VĚDY
Ondřej Bečev
Lékařská fakulta, Masarykova Universita, Brno
Fakulta informatiky a statistiky, VŠE Praha
[email protected]
YMA310 – Kognitivní věda
10. 10. 2013
Osnova
 Kognitivní paradigmata




Symbolově-reprezentační
Konekcionistické
Dynamicismus
Situated a Embodied cognition
 Perspektivy kognitivní vědy a její metody
4
KOGNITIVNÍ
PARADIGMATA
5
Paradigmata kognitivní vědy
 Komputační model mysli



„rules and representations“ – symbol-zpracovací přístup
Kognitivismus , Komputacionismus – mysl jako počítač
Funkcionalismus
 Konekcionismus

Rozptýlená reprezentace
 Dynamické systémy

Kognice je komplexní proces
 Situated cognition

Proti funkcionalismu
6
RULES AND
REPRESENTATIONS
Physical symbol systems
7
Klíčové pojmy
 Mentální reprezentace - něco v „mentálním“ světě
zastupuje něco z materiálního světa
 Výpočetní procedury – podstatou myšlení jsou akce
provedené s mentálními reprezentacemi
 Myšlení = Mentální reprezentace + výpočetní
procedury
Anebo lépe a obecněji:
 Myšlení = reprezentační struktury + procedury,
které na těchto strukturách operují.
8
Komputační model mysli
 Zrození prvního kognitivního paradigmatu.
 Analogie mezi výpočtem a myšlením
Metodologický důsledek: zkoumáním mysli vyvíjením
počítačových simulací myšlení (či mysli)
9
Physical Symbol System
Hypothesis (1963)
 Promítnutí do teorie AI
 A physical symbol system has the necessary and
sufficient means of general intelligent action.
 Symbols are like words. They can only be combined
in certain, regular, meaningful, ways. Moving
symbols around changes their meaning.
 GOFAI: Good Old-Fashioned AI
 Vs. Novější směry: konekcionismus, genetické
algoritmy..
(Alan Newell and Herb Simon)
10
Kognitivismus
 psychologie
 akceptuje existenci a smysluplnost zkoumání
mentálních konceptů – proti behaviorismu
 Myšlenkově podobný komputacionismu
 Dva metodologické závazky:
 Pozitivistický přístup
 Belief that cognition consists of discrete, internal
mental states (representations or symbols)
whose manipulation can be described in terms of
rules or algorithms.
11
Komputacionismus








filosofie
Putnam, Fodor – Language of Though
Symbolic representation of the world
Syntax, semantics (vs. Searle)
Computer metaphor
Mozek jako Turingův stroj
Functionalism
Multiple realizability
16
Co je v krabici?
 3 funkční komponenty:
 Termostat
 Spínač
 Zdroj tepla
Multiple realizability
Funkcionalismus
 Functionalism is the doctrine that what makes
something a thought, desire, pain (or any other
type of mental state) depends not on its internal
constitution, but solely on its function, or the role it
plays, in the cognitive system of which it is a part.
 More precisely, functionalist theories take the
identity of a mental state to be determined by its
causal relations to sensory stimulations, other
mental states, and behavior.
19
Zásadní problémy
 Symbol grounding problem
 How symbols get their meaning
 Symbols in a computational system are manipulated
only to some syntactical rules
 How are these symbols connected to the things they
refer to?
 Frame problem
Symbol grounding problem
(Harnard 1990)
How can the semantic interpretation of a formal symbol system
be made intrinsic to the system, rather than just parasitic on the
meanings in our heads?
How can the meanings of the meaningless symbol tokens,
manipulated solely on the basis of their (arbitrary) shapes, be
grounded in anything but other meaningless symbols?
x1
w1
x2
w2
·
·
·
w ·x
o
wn+1= 
xn+1=  1
1
KONEKCIONISMUS
24
 Mozek se skládá z neuronů a synapsí
(dentrity, axony)
25
Konekcionismus
 Inspirovaný biologickým mozkem (metafora)
 Síť
 Mnoho jednoduchých procesorů
 Neurony <-> Jednotky
 Konektivita
 Axony/Synapse <-> Vážená spojení
 Paralelní zpracování
 Distrubovaná reprezentace, není statická
26
Vlastnosti konekcionismu




symbolic vs. subsymbolic representation
Neural architecture
Distribuovaná reprezentace
Robustnost
 Skalárnost
 Pozvolná degradace
 Feedback
27
Implementace konekcionismu
 Neural networks

knowledge is encoded in weights and structure of
the network

implies learning, but what is learned also has to
be interpreted => problem
 McCulloch-Pitts neurons
28
Graceful degradation
 V případě poškození sítě stále produkuje
smysluplné výstupy
Symbolický vs. Konekcionistický
Sekvenční logika a dedukce
Paralelní zpracování
Patterny a přenos
Algoritmus musí být známý
Učení z příkladů
Není tolerantní vůči šumu
Tolerance k šumu
Sémanticky interpretovatelné
Sémantická interpretace často
nemožná
Není robustní
Robustní (pozvolná degradace)
Model neuronu
Dendritic tree
axon
soma
terminals
spines
výstup
vstup
x1
w1
x2
w2
·
·
·
xn+1=  1
1
w ·x
o
wn+1= 
31
DYNAMICKÉ
SYSTÉMY
32
 Komputacionismus: výpočetní modely jsou
dobrým způsobe modelování mysli
 Dynamické systémy: Pro modelování kog.
jevů vhodnější diferenciální rovnice.
33
Dynamické systémy a mysl
 Kognitivní systémy lze
nejlépe popsat pomocí
stavových přechodů.
 Fyzikální teorie
komplexních systémů
vhodnější pro popis
neuronálních procesů či
kognitivního vývoje dětí,
než symbolické systémy.
 stavy, atraktory
34
SITUATED COGNITION
Vtělená kognice, externalismus, zjednaná
kognice
36
Situated cognition
 Vědění (a poznávání) je neoddělitelné od dělání
 Protože: všechny poznatky jsou situované vůči
aktivitám vázaným na sociální, kulturní a fyzický
kontext.
 Rodina směrů začínajících na písmeno E 
 Částečně navazuje na fenomenologii a postmoderní
filosofii
37
Mapa Situated Cognition


Embodied Cognition
weak (EC-I):
Cognitive processes are partially dependent upon
extracranial bodily processes.
strong(EC-II):
Cognitive processes are partially constituted by
extracranial bodily processes.
Embedded Cognition (EMC):
Cognitive processes are partially dependent upon extrabodily processes.
Epistemic actions (offloading)

Extended Cognition (EXC):
Cognitive processes are partially constituted by extrabodily processes. (Otto)

Enacted Cognition (ENC):
Cognition is the relational process of sense-making that takes place between an
autonomous system and its environment.
(Sven Walter, 2010)
38
Embodiment

The environment plays a formative role in the development
of cognitive processes.

Action for perception ( robotika )

Aktivní konstrukce konceptů, kategorií a reprezentace světa.
Spoluvytváření světa jednáním a vnímáním.
 Důsledek:
-
Individuální reprezentace světa, různé žité světy (umwelt).
-
Dáno tělem a individuální historií
-
Funkcionalismus nelze.
39
Embodiment v kog. psychologii

Teorie Common Code

akce a vjemy jsou reprezentovány pomocí stejného kódu.

V ČR: Jiří Lukavský – PÚ AV ČR
Hommel et al. (2001), Prinz (1997)
40
Externalismus
 Promítnutí myšlenek Embodied cognition do
filosofie mysli.
 Zda má situovaný aspekt kognice pouze praktický
význam ve výzkumu kognice, nebo je i nějakým
způsobem konstitutivním prvkem kognice.
 Případně konstitutivním pro vědomí
 D. Chalmers, Andy Clark – Extended Mind
 Brain in a vat problém.
42
Brain in a vat

Mozek v kádince či Petriho misce,
živný roztok.

připojen na superpočítač, zajišťující
odpovídající podvržená
„sensomotorická“ data.

Jako Matrix – simulovaná realita.

Hypotéza: bude mít mysl a vědomí

Novodobá podoba Descartova
zlého démona.
43
Odpověď embodimentu
Alva Noë

It would have to supply energy to nourish the cells’ metabolic activity
and it would have to be capable of flushing away waste products.

The vat would have to be very complicated and specialized in order to
control the administration of stimulation to the brain comparable to
that normally provided to a brain by its environmentally situated body.

If you actually try to think through the details of this thought experiment
– this is something scientists and philosophers struck by the brain-in-avat idea almost never do – it’s clear that the vat would have to be, in
effect, something like a living body.

But then, it would seem, the thought experiment teaches us what we
knew already: not that we are our brains but rather that living animals
like us can be, well, conscious.
 Nejen mysl, ale i vědomí je mimo naši hlavu.
44
Enactivism

Enacted cognition

Zdůrazňuje, že lidská mysl a její obsah je
utvářena interakcí s okolním prostředím.

Vnímání není pasivní

Vnímání je konání. Akce pro percepci.

Vnímání a jednání jsou propojené. Nikoliv dva
konce kauzálního řetězce.

Proti kongitivismu a komputacionismu.

Spřízněné se situated cognition a embodied
cognition

Robotika
45
Enaktivismus
Es a radikální
embodiment - Vanička i s
dítětem:
Umwelt psa, člověka a můry

odmítnutím
symbolického
systému odmítají i
reprezentace jako
takové. Místo toho
affordance a
attuenement.

Afordance atomu,
nekonečna, patu v
šachu, nebo křivdy?
46
Enaktivismus
„Traditional approaches to vision have tended to suppose that vision
happens in us. (..) seeing is, in many ways, a bodily activity. Seeing
involves moving the eyes and head and body. (..) movements of your
eyes or your head or your body actively produce changes in sensory
stimulation to your eyes. (..) how things look depends, in subtle and
fine-grained ways, on what you do. Approach an object and it looms in
your visual field. Now turn away: it leaves your field of view. Now shut
your eyes: it is gone. Walk around the object and its profile changes. In
these and many other ways, there are patterns of dependence
between simple sensory stimulation on the one hand and your own
bodily movement on the other.“
It should be clear that a central task for any perceiving organism is to
master these dynamic patterns of sensory stimulation and movement
(Noe, 2009)
47
Další spřízněné pojmy
- Embedded cognition
- Grounded cognition
- Affective cognition
48
Poděkování




Péter Érdi
Fred Cummings
Kristína Rebrová
Martin Takáč
50
DĚKUJI ZA
POZORNOST !
Download

PARADIGMATA KOGNITIVNÍ VĚDY - Ondřej Bečev