Kognitiv psykologi. Kognition / Perception. Kognitiv psykologi. Perceptionspsykologi. Informationsteknologi. Informationsteknologi

Transkript

1 Kognitiv psykologi Från sinnesintryck till tanke Anders Jansson I många datorstödda arbetssituationer blir man hårt utsatt blir belastade och reagerar med stress Vi är till viss del fortfarande samma gamla urtidsmänniska.. Kognition / Perception Kognitiv psykologi Läran om människans kunskapsprocesser: hur människan inhämtar, representerar, behandlar och använder information Perceptionspsykologi Läran om varseblivningsprocesserna: hur stimuli från omvärlden uppfattas, organiseras och ges mening 1

2 Perceptionsprocessen I Från intryck till mening Sinnesreceptorer tar emot stimulus Receptorerna gör om informationen till nervimpulser (transduktion) Egenskaper hos varje stimulus analyseras av särskilda detektorer och översätts till neurala representationer Den neurala representationerna jämförs med tidigare information/kunskap Igenkänning eller tolkning sker i en matchningsprocess Perceptionsprocessen II Varseblivning (eng. sensation) Första delen av processen handlar om hur vi upptäcker/registrerar/urskiljer information från omgivningen som är av intresse för oss (lågnivå-perception) Perception Andra delen av processen handlar om hur vi tolkar och ger mening åt det vi ser, hör mm. (högnivå-perception) Tröskelvärden Inom psykofysiken har man kunnat fastställa absoluta tröskelvärden för varje sinne Synsinnet Hörselsinnet Känselsinnet Smak/luktsinnet 2

3 Weber-fraktioner Minsta noterbara skillnad mellan två stimuli (relativa tröskelvärden) varierar mellan olika sinnen Sådana relativa tröskelvärden kallas Weber-fraktioner En Weber-fraktion är direkt proportionell mot storleken på det stimulus som man jämför med, och konstant för varje sinne Adaptation När stimuli är oförändrade över tid sker en viss anpassning hos sinnesorganen genom en avtagande känslighet för dessa stimuli Detta kallas också för habituering Adaptationen frigör kapacitet för att upptäcka nya signaler som man annars kanske skulle missa Visuell perception Lågnivå-perception i form av fysiska egenskaper, t.ex. Storlek och djup Ljushet och kontrast Färgseende Högnivå-perception i form av kompletta perceptioner Tolkningar Illusioner Gestalter Erbjudanden 3

4 Synsinnets fysiologi Ögat tar emot ljus (elektromagnetisk energi) som mäts i nanometer (nm) Människan uppfattar våglängder på mellan 400 och 700 nm Ljuset projiceras på den ljuskänsliga näthinnan i bakre delen av ögat Två typer av fotoreceptorer på näthinnan tappar och stavar transformerar ljuset till nervimpulser (transduktion) och skickar olika former av energi till hjärnan På näthinnan dessutom: X-celler för mönsterigenkänning Y-celler för rörelseupptäckt Ljushet Klarhet, mäts i luminans Kontrast = relationen mellan luminansen hos objektet-luminansen hos bakgrunden Synskärpa, men även flimmer, ökar med luminansen Färgseendets fysiologi Färgtonen Våglängden hos ljuset (nm), färgskalan Intensiteten Ljusstyrka från vitt till svart Mättnadsgraden Variation från klara till mättade färger 4

5 Teorier om färgperception 1 Young-Helmholtz Trichromatic Theory Tre typer av färgreceptorer på näthinnan som är mest känsliga för våglängder med antingen blått, grönt eller rött ljus Syncentrum kombinerar nervimpulserna och återskapar färgen som fanns hos det distala objektet Om alla typer av färgreceptorer stimuleras lika mycket uppstår en klar vit färg Teorin förklarar denna additiva färgeffekt Teorier om färgperception 2 Hering s Opponent-Process Theory De tre typerna av färgreceptorer ansvarar alla för två olika våglängder (rött-grönt, blått-gult, samt svart-vitt) Teorin förklarar färgeftereffekter Knoblauch Dual-Process Theory Denna teori är idag en kombination av de ursprungliga teorierna och förklarar olika delar av färgperceptionsprocessen Mönsterdetektorer Hubel and Wiesel s Feature Detection Theory Mönsterdetektorer som reagerar selektivt på stimuli med särskilda egenskaper Idag vet man att det finns nervceller som har som sin enda funktion att reagera på en viss egenskap hos ett stimulus 5

6 Exempel på gränssnitt Äldre processgrafik Nyare processgrafik Två typer av stimuli Distala stimuli Objektet i verkligheten, i full storlek Det vi är intresserade av Proximala stimuli En optisk image på näthinnan Det vi egentligen kan se Storlek och djup Synintrycket registreras upp och ner på näthinnan Storleken på synintrycket ger en synvinkel Synvinkeln mäts i synvinkelgrader (bågminuter) Om synvinkeln är tillräckligt stor för att vi ska uppfatta ett objekt = Synskärpa Synvinkeln ensam räcker ej för att avgöra storlek på, samt distans till, ett objekt Ändå uppfattar vi samma objekt, på olika avstånd, som lika stort i båda fallen = Lagen om storlekskonstans 6

7 Storlekskonstans Synvinkelgrader räcker ej Annan information kompletterar Olika perceptionsteorier ger olika tolkningar och förklaringar Top-down processing Konstruktivister förklarar vår perception med hjälp av cues Bottom-up processing Ekologiska perceptionsteorier förklarar vår perception med hjälp av invariants Perceptionsteorier Konstruktivism Aktiv process som tillvaratar tidigare kunskap Betonar perception som en del av vår kognition Representativiteten är dålig hos de uppgifter som används i experimenten Ekologisk perception Aktiv process som betonar upptäckt av information i ljuset Betonar perception som en del av vår biologi Teoretiska begrepp som är svåra att använda i praktiken Top-down processing Konstruktivisterna hävdar att våra synintryck matchas mot tidigare kunskap genom en process som liknar hypotestestning Att känna igen något innebär att vi har ett perceptuellt schema för just detta objekt, en slags mental image Sådana scheman innehåller mönster som vi sedan jämför med intryck vi får 7

8 Bottom-up processing Den ekologiska skolan hävdar att informationen från omgivningen uppfattas via direkt inhämtning Det finns färdiga mönster att upptäcka Vi kan lära oss att se egenskaper i dessa mönster, utan att dessa behöver reduceras till cues Information i vår omgivning innehåller erbjudanden om handling (affordances) Djupseende via invarianter Rörelse innehåller komplex information, invarianter, som är mönster på näthinnan som uppstår till följd av kontinuerlig stimulering Sådana mönster uppfattas i sin helhet, utan att brytas ned i enskilda cues Rörelse behövs för att man ska kunna studera perception under naturliga förhållanden, illusioner är onaturliga Time-to-contact (T=tau) är exempel på en högre ordningens variabel som är möjlig att uppfatta utan att den behöver analyseras T = tau En högre ordningens variabel som synsinnet använder utan vidare bearbetning T = 1/(rate of expansion of object s retinal image) Tid till kontakt med ett föremål är detsamma som information möjlig att direkt uppfatta av synsinnet 8

9 9

10 10

11 Långtidsminnet Ingen information går förlorad Allt som ska sparas kräver inlärning Det kan vara svårt att hitta relevant information vid behov, speciella triggers kan behövas Långtidsminnet forts. Två olika typer av minne Deklarativa minnet Procedurella minnet Tre olika inkodningsnivåer Strukturell inkodning Fonologisk inkodning Semantisk inkodning Typer av långtidsminnen Deklarativa minnet Episodiska minnet Händelse och tidsstyrt minne Semantiska minnet Kunskapsminne Procedurella minnet Sensomotoriska och kognitiva färdigheter Inlärd skicklighet inom olika områden Klassisk betingning Inlärning genom omedveten och automatisk association 11

12 Deklarativa minnet Episodiska minnet Händelsestyrt. En serie av händelser före/efter Tidsstyrt. Abstrakta modeller av tid påverkar vårt sätt att minnas Semantiska minnet Semantiska nätverk Associationer mellan objekt och händelser Ofta använda minnen förstärks Rekonstruktivt, dvs. det återskapar förståeliga helheter, dock ej alltid korrekt Inkodning forts. Inkodningsprocesser baserade på intentioner och medvetenhet All typ av minnesträning som syftar till inlärning av bestående kunskaper Automatiska inkodningsprocesser När minnet processar information om: Frekvens Spatial orientering Temporal orientering Inkodning forts. Två sätt att reducera den kognitiva belastningen och frigöra resurser Chunks En mental ram som tillåter att mindre enheter av information kombineras till en större enhet Scheman En mental ram som tillåter att objekt och begrepp lättare kan organiseras och associeras med varandra 12

13 Lagring Minnet som ett nätverk Associativa nätverk Sekventiella associationer mellan olika objekt och begrepp i stora komplexa nätverk Neurala nätverk Varje begrepp eller objekt utgörs av ett specifikt mönster av noder som aktiveras exakt samtidigt (parallellprocesser) Olika sätt att återminnas Återminnelse Långsam Ofta fel Krävande Igenkänning Snabb Träffsäker Effektiv Interaktionsdesign 4 Tidiga datorgränssnitt byggde på återminnelse, koder för olika funktioner. Koder kräver djupare inlärning Nyare datorgränssnitt bygger i högre utsträckning på igenkänning. Symboler kräver ytligare inlärning 13

14 Långtidsminnet är rekonstruktivt: exempel Bil Fotboll Symaskin Fönster Fågel Skidspår Astronaut Banan Päron Plommon Mandarin Citron Papaya Mango Tänkande Människan använder tre olika former av tänkande Induktion Vi konfirmerar hellre än falsifierar tidigare kunskap Deduktion Vi drar rimliga men inte alltid rationella slutsatser Abduktion Vi konstruerar troliga orsaker baserat på tidigare vetskap Induktion Erfarenhetsbaserade resonemang Instans 1 + Instans 2 = Kunskap Leder till generaliseringar Går ut på att resonera från det enskilda fallet till alla fall 14

15 Deduktion Hypotetiska resonemang Premiss 1 + Premiss 2 = Slutsats Leder till konklusioner Går ut på att resonera från givna premisser (utsagor) till det enskilda fallet Interaktionsdesign 5 För att underlätta användning av naturlig induktion och deduktion bör man vara mycket konsekvent vid utformning av symboler, menyer, funktionsknappar, mappar mm. Rimliga deduktioner Människan resonerar ofta rimligt, men inte alltid rationellt och logiskt Logik och sanning är inte samma sak Rationalitet och rimlighet är inte samma sak Rationalitet och logik kräver tunga beräkningar. Vårt psyke klarar inte alltid dessa procedurer. Vi använder istället tumregler (heuristiker) 15

16 Exempel på tänkande E K 4 7 På varje kort finns det en bokstav på ena sidan och en siffra på andra sidan. Vilka kort måste man vända på för att ta reda på om följande regel är sann eller ej: Om det är en vokal på ena sidan av kortet, då är det ett jämnt nummer på andra sidan av kortet. Rimliga induktioner Induktion är den vanligaste formen av resonemang Bygger på principen hellre bekräfta än kritisera Induktiva resonemang stärker vår uppfattning och medför att vi slipper den kritiska analysen Dominansstrukturering En speciell form av induktion Rekonstruktion av motiv i efterhand för att rationalisera beteenden och beslut Positiva aspekter förstärks Negativa aspekter förträngs 16

17 Kognitiv kontroll Medvetna processer Begränsad kapacitet Långsamma Ansträngande Sekventiella Utförliga Nödvändiga i vissa situationer Automatiserade processer I princip obegränsade Snabba Vältrimmade Parallella Tysta Hanterar rutiner och regelbundenheter Medveten process Använder arbetsminnet i hög utsträckning Informationsinnehållet i medvetna tankeprocesser är lätta att uttrycka Ger upphov till felhandlingar som följer planen, men planen är fel Vi upplever medvetna processer som pålitliga, men de är instabila Automatiserad process Sedan länge invanda rutiner Består av tyst kunskap som oftast inte går att förklara Ger upphov till fel som är uppenbara i samma stund som de realiseras Vi är ofta osäkra på om vi kan lita på dem, och underskattar därför deras reliabilitet 17

18 Kognitiva beslutsnivåer Tre nivåer av problemlösning och tänkande hos användare och operatörer Kunskapsnivån Regelnivån Skicklighetsnivån Medveten nivå Automatiserad nivå Kognitiva nivåer Hög, medveten kognitiv nivå Låg, automatiserad kognitiv nivå En sak åt gången Hög parallellkapacitet 18