Когнитология
.PDF81
Основные подходы в когнитивной науке.
Что же представляет собой подход? Говоря в общем, подход — это определенная точка зрения, способ рассмотрения изучаемой темы. К изучению любой темы, относящейся к области психологии, можно подходить с различных позиций
(рис.18, Atkinson L., et all 2000).
Вранней когнитивной психологии были сформированы четыре принципа традиционной парадигмы:
- приоритет знания и рационального мышления над поведением, привычками и аффектом,
- использование компьютерной метафоры, - предположение о последовательной переработке
информации, - акцент на формальном моделировании вместо изучения
мозговых механизмов.
Внастоящее время в когнитивной науке сложилось три основных теоретических подхода: символьный, модульный и нейросетевой (коннекционизм).
Символьный подход.
Еще в XVII век, Томас Гоббс рассматривал мышление как «вычисление» (computation): внутреннее манипулирование символами.
Одним из отличий этого подхода от бихевиоризма и психоанализа, было подчеркивание роли знаний и рационального мышления: люди — это автономные и рациональные существа, использующие свои знания для того, чтобы в рамках доступных ресурсов оптимизировать взаимодействие с окружением.
Символьный подход базируется на компьютерной метафоре человеческого познания, предполагающей наличие аналогии между психологическими процессами и переработкой символьной информации в универсальном вычислительном устройстве в котором программы (software), выполняющие определенные функции, могут быть реализованы на разном
82
«субстрате» (hardware). Базируется метафора на теории связи К. Э. Шеннона.
Бихевиористский |
|
|
|
Когнитивный |
|
подход |
|
|
|
подход |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Психология |
|
|
|
Биологический |
|
|
Психоаналитический |
||
|
|
|
|||
подход |
|
|
|
подход |
|
|
|
|
|
|
|
Феноменологический
подход
Рис. 19. Научные подходы в психологии. (Atkinson R.L., 2000).
Для этого «субстрата», характерно наличие центрального процессора с ограниченной пропускной способностью, который накладывает определенные ограничения на переработку информации. Работа моделей, предлагаемых в рамках данного подхода реализуется в пределах двоичного кода (в пределе — 0 и 1), т.е. происходят преобразования информации, представленной как набор символов, отсюда и название подхода.
Предполагалось, что знания могут быть описаны как комбинации символов, которые репрезентируют объекты и события, но не похожи на них.
Основоположниками этого подхода считаются А. Ньюэлл и Г. Саймон ( Ньюэлл А., Шоу Дж. , Саймон Г. , 1981), а также автор первой модели переработки информации человеком Д. Бродбент (Broadbent D. E., 1958).
Модульный подход.
Модульный подход англ. modularity theory – направление когнитивной психологии и когнитивной нейронауки, в котором познание представляется как результат функционирования ряда узко специализированных, независимых и когнитивно непроницаемых друг для друга модулей, имеющих собственные генетические основания, историю развития и мозговой субстрат.
83
Впервые идею модульности познания высказал Дэвид Марр (Marr D., 1976): «Любой большой массив вычислений должен быть разбит и реализован как набор частей, независимых друг от друга настолько, насколько это допускает общая задача…» (1976).
Основоположниками этого подхода являются Джерри Фодор (Fodor J. A., 1983) предложивший общую концепцию «модульности»: познание как мозаика специализированных модулей.
При модульном подходе психику человека сравнивают со швейцарским армейским ножом, в котором имеется множеством отдельных лезвий и инструментов: ножницы, штопор и т. п. (Космидес Л., Туби Дж., 1994).
Дж. Фодор, предложил различать доступные изучению модульные системы ввода информации и якобы недоступные научному анализу центральные системы планирования и принятия решения, интегрирующие информацию от разных модулей.
Базовая таксономия механизмов включает в себя, по Фодору, три уровня: так называемые «проводники» (transducers), системы входа и центральные системы. Под проводниками имеются в виду органы чувств, обеспечивающие преобразование физической информации на рецепторных поверхностях в некоторую первичную форму представления проксимальной стимуляции, с которой могут работать модулярно организованные перцептивные системы — системы входа. Функция систем входа заключается в вычислении параметров предметного окружения. С этими репрезентациями, в свою очередь, работают центральные системы, обеспечивающие функционирование высших когнитивных процессов, а именно формирование мнений и убеждений, принятие решений и планирование разумных действий. Таким образом, психика имеет смешанную архитектуру (Величковский Б.М., 2006).
В серии публикаций, начатой в 1975 г, Джерри Фодор показал, что ментальные процессы человека осуществляются посредством ментальных репрезентаций, которые следует рассматривать в качестве ментальных посредников, и которые имеют все ключевые характеристики языка. Мысль подобна
84
предложению естественного языка. Фодор выдвигает гипотезу о существовании языка мышления.
Важную роль в становлении модульного подхода сыграли представления Н. Хомского о языке как таком модуле предполагающем врожденность языковой способности и ее независимость от других способностей - язык как отдельный
«умственный орган» (Chomsky N., 1988).
Основной метод сторонников модульного подхода – поиск двойных диссоциаций на материале локальных поражений головного мозга и нарушений развития, иными словами, взаимодополнительных синдромов, показывающих сохранность одного из познавательных модулей при нарушении функционирования другого, и наоборот. Вслед за теоретическими работами Н. Хомского наиболее ярким примером модульного процесса считается речь, языковая способность, что иллюстрируется, в частности, двойной диссоциацией двух генетически обусловленных нарушений психического развития – избирательного языкового расстройства SLI и синдрома Уильямса.
Положение о врожденности и модульном характере речи не раз критиковалось оппонентами модульной психики, указывающими как на сравнительно позднее возникновение языка в эволюции, так и на широкие компенсаторные возможности в случае ранних локальных поражений головного мозга, затрагивающих речевые зоны напр., Bates, 1994. Менее спорно выделение модулей обработки объектной и пространственной информации систем восприятия для опознания и восприятия для действия в зрительном восприятии, двойная диссоциация которых может быть получена при анализе предметной агнозии и синдрома Балинта Milner,
Goodale, 1995
Джерри Фодор сформулировал в общей сложности 9 критериев, или признаков, которые в совокупности позволяют идентифицировать когнитивные модули. К ним относятся:
1. Особая сфера влияния, или специализация (domain specificity): каждый модуль компетентен в обработке одного из видов информации или в решении одного из классов познавательных задач и не участвует в решении других классов задач
85
2.«Когнитивная непроницаемость» (информационная закрытость)
3.Навязчивый (принудительный) характер функционирования: если модуль начал работать, остановить его невозможно
4.Высокая скорость работы
5.Неосознаваемость процесса функционирования модуля
6.Конечный продукт (без доступа к промежуточным
шагам)
7.Закономерное разворачивание в онтогенезе: ряд последовательных ступеней (собственная «история развития»)
8.Локализация в мозге: специфические нервные механизмы
9.Избирательное нарушение: выпадение модуля не сказывается на работе других модулей (пример: лицевая агнозия)
Имеются некоторые удивительные примеры подобной специализации. Изучение одного из них — синдрома Уильямса
—началось уже после публикации Фодора. Этот синдром возникает вследствие врожденного выпадения около 20 генов хромосомы 7, участвующей в кальциевом обмене и, повидимому, в каких-то других, пока не вполне понятных процессах. Дети с синдромом Уильямса часто демонстрируют абсолютный слух, а также нормальные или даже выдающиеся показатели речи при серьезном интеллектуальном отставании, с показателями IQ (коэффициента интеллекта) порядка 50—60% (рис. 2.8). Как пишет психолингвист Стивен Пинкер, «Попросите нормального ребенка назвать нескольких животных, и вы получите стандартный список обитателей зоомагазинов и пригородных ферм: собака, кошка, лошадь, корова, свинья. Попросите об этом ребенка с синдромом Уильямса, и вы получите более интересный набор: единорог, птеранодон, як, ибекс, саблезубый тигр, коала, дракон и, к особой радости палеонтологов, бронтозаврус реке» (Pinker, 1994, р. 53). В одной из недавних публикаций итальянских нейропсихологов приводится случай 9-летнего мальчика с этим синдромом, который был лучшим в своем классе по развитию навыков чтения. В то же время интеллектуально он был так слаб, что играя в любимую игру — футбол, так и не мог понять
86
разницу между своими и чужими воротами (Величковский Б.М., 2006).
Согласно Дэна Спербера:
познание полностью модульно -- так же, как биологический организм.
Модуль = вход + «база данных» + операции обработки Неспециализированных систем переработки информации,
использующих обобщенный «умственный лексикон», НЕТ. Уровни выделения модулей:
•морфологический (архитектурный)
•онтогенетический
•неврологический
•генный
•эволюционный (филогенетический)
С возникновением модульных представлений об организации психики в середине 1980-х годов данные нейропсихологических исследований оказались в зоне повышенного внимания особенно нейропсихологические данным о нарушениях и мозговых механизмах познавательных процессов. Всякое мозговое поражение — это своего рода уникальный «эксперимент природы».
Традиционным нейропсихологическим подходом является выделение разнообразных синдромов — систематического сочетания отдельных симптомов нарушения поведения и работы мозга. Значение синдромного анализа двояко. Во-первых, он позволяет относительно упорядочить материал клинических наблюдений, главным образом, поведенческих коррелятов локальных поражений мозга. Во-вторых, он дает возможность, хотя бы в самом первом приближении, определить области мозга, ответственные за те или иные функциональные проявления — речь (синдромы афазии), память {амнезия), восприятие (агнозия), программирование и реализацию действий (апраксия) и т.д.
Применение метода транскраниальной магнитной стимуляции (ТКС) позволили получить данные не согласующиеся
сконцепцией модулярности Фодора. Оказалось, что затылочные (то есть с анатомической точки зрения зрительные) отделы коры слепых испытуемых постепенно меняют свою специализацию и принимают на себя часть функций по переработке тактильной информации. Они не только систематически активируются в
87
случае тактильных задач, но их временное «выключение» ведет к возникновению ошибок узнавания воспринимаемых на ощупь объектов, например, при чтении шрифта Брайля (Величковский Б.М., 2007).
Нейронные сети или коннекционизмом
Другим влиятельным подходом в течение последних 20 лет стал так называемый PDP-подход (от paralleldistributedprocessing= параллельная распределенная обработка), широко известный также как коннекционизм.
Этот подход базируется на «мозговой» метафоре познания, где познавательные процессы предстают как процессы параллельной переработки информации сетью, состоящей из простых единиц — формальных моделей нейронов, организованных в несколько слоев или уровней
(Parallel distributed processing: Explorations in the microstructure of human cognition / D. E. Rumelhart, J. L. McClelland (eds). Cambridge, MA: MIT Press, 1986. Vol. 1. ).
Рис. 20. Уоррен Маккаллох (1898-1969) и Уолтер Питтс
(1923-1969)
Связи между этими условными нейронами обладают разными весовыми коэффициентами, причем эти коэффициенты могут меняться в процессе обучения нейронной сети решению определенного типа задач в соответствии с правилом, которое сформулировал в знаменитой книге 1949 года «Организация поведения» в отношении биологической
88
нейронной сети канадский нейропсихолог Д. О. Хебб. Это правило, гласящее, что между одновременно активированными нейронами сети пороги синаптической связи снижаются, легло в фундамент разработок в области искусственных нейронных сетей. Итогом этого является образование «нейронного ансамбля», который все быстрее активируется при каждом очередном повторении входа.
Теоретическая концепция искусственной нейронной сети была сформулирована У. Маккаллохом и У. Питтсом в 1940-х годах, в 1960-х появилась первая работающая нейросетевая модель распознавания образов — так называемый «перцептрон» Фрэнка Розенблатта,
Теоретическая концепция искусственной сети Маккаллоха и Питтса
Три типа нейронов:
•входные (рецепторы) -- активируются извне;
•внутренние (центральные) -- активируются входными и прочими нейронами и активируют входные и прочие нейроны;
•выходные (эффекторы) -- получают импульсы от
центральных и входных нейронов и отвечают за выполнение действия.
Правила функционирования сети:
•задержки в распространении активации одинаковы для всех нейронов сети;
•нейроны импульсируют не постоянно, а только в определенные моменты;
•каждый выходной синапс одного нейрона соответствует только одному входному синапсу следующего нейрона;
•на любом нейроне может сходиться несколько синапсов;
•входные синапсы вносят вклад в преодоление порога активации, при переходе через который (и только в этом случае) нейрон начинает передавать импульс.
Основные положения нейросетевого подхода (Фаликман М.В., 2007)
1. Процессы познания -- результат взаимодействия
89
большого числа простых перерабатывающих элементов, связанных друг с другом и организованных в слои («модули»). «Переработка информации» -- определенный ответ элемента на воздействия извне.
2.Знания, управляющие процессом переработки,
хранятся в форме весовых коэффициентов связей между элементами сети. Главное - не элементы, а связи между ними
(«субсимвольный подход»).
3.Обучение - процесс изменения весовых коэффициентов связей между элементами сети (приспособления их к решению определенной задачи).
Классы задач, решаемые современными нейросетями:
1. Классификация: распознавание образов, распознавание голосов, верификация подписей, постановка диагноза, анализ экспериментальных данных и т.д.
2.Моделирование: поведение системы, поставленной в определенные условия.
3.Прогноз: погода, ситуация на рынке ценных бумаг, бега, выборы и т.д.
В 1986 году под редакцией Джеймса Макклелланда и Дэвида Румельхарта вышел именуемый ныне «Библией коннекционизма» двухтомник «Параллельная распределенная переработка», в котором были раскрыты возможности нейросетевых архитектур в моделировании человеческого восприятия, памяти, языкового и когнитивного развития и во многом заложены основы последующих разработок.
В моделях, разрабатываемых в рамках современной когнитивной науки, нередко можно найти элементы как минимум двух (Kokinov B., 1994) а в отдельных случаях и всех трех подходов.
90
ПЕРЦЕПЦИЯ В КОГНИТОЛОГИИ
Сенсорные и перцептивные процессы
Разработка перцептивной проблемы была одной из первых задач когнитологии.
Перцепция (лат. perceptio — представление, восприятие,
от percipio — ощущаю, воспринимаю), в совр. психологии то же,
что восприятие.
Ощущение — это процесс первичной обработки информации на уровне отдельных свойств предметов и явлений.
Этот уровень обработки информации называется сенсорным. На нем отсутствует целостное представление о том явлении, которое вызвало ощущения. Ощущение — только первичный материал психического образа (Дружинин В.Н., 2002).
Восприятие, или перцепция — это процесс обработки сенсорной информации, результатом которой является интерпретация окружающего нас мира как совокупности предметов и событий (Дружинин В.Н., 2002).
Восприятие или перцепция представляет собой совокупность процессов, посредством которых формируется идеальная модель (субъективный образ) объективно существующей реальной действительности.
Перцепционализм – учение, согласно которому только восприятие образует основу всего мышления и знания. Представителем перцепционализма был американский философ Гамильтон («Perzeption und Modalismus», 1911; «Erkennen und
SchlieЯen», 1912) (Философский энциклопедический словарь. 2010).
Выделяют первую ступень познания - ощущение, которая воспроизводит или, иначе, отражает лишь отдельные свойства предмета, но не сам предмет и вторую более высокую ступень познания – восприятие, отражающая свойства предмета в их взаимосвязи друг с другом. Процессы ощущения принято называть сенсорными, а восприятия – перцептивными.
Как считает Коган А.Б. (Основы физиологии высшей нервной деятельности. М., 1959) возникновение психических явлений начинается с их элемента — субъективного ощущения