Tvärvetenskap och Metodologisk Mångfald. Kognitionsvetenskaplig Introduktionskurs Mats Andrén,

Transkript

1 Tvärvetenskap och Metodologisk Mångfald Kognitionsvetenskaplig Introduktionskurs Mats Andrén, 1

2 Repetition Subsymbolisk kognition: Neurala nätverk är ett exempel på en subsymbolisk approach till artificiell intelligens fokus på lärande. Kroppen i barns kognitiva & kommunikativa utveckling: Tänkande och kommunikation så som grundat i sensorimotorisk erfarenhet ( Embodied Cognition ) fokus på kroppens roll i lärandet. Empiricism (lärande genom våra sinnen) kontra rationalism (ett medfött förnuft) 2

3 Vad är kognitionsvetenskap? Kognitionsvetenskap är ett tvärvetenskapligt kunskaps- och forskningsområde som studerar tänkande, språk och kommunikation hos naturliga och artificiella system i samspel med den fysiska och sociala miljön. (Nils Dahlbäck) 3

4 Vad innefattar kognitionsvetenskapen? Följande discipliner räknas traditionellt som kognitionsvetenskapens beståndsdelar: Psykologi Artificiell Intelligens (AI) Lingvistik Neurovetenskap Filosofi (Antropologi) 4

5 The Sloan Report (1978) Identifierar kopplingar mellan olika delvetenskaper, men inte varför dessa kopplingar finns. Hjälper oss inte att förstå vad varje delvetenskap bidrar med. 5

6 The Sloan Report (1978) 6

7 Var slutar kognitionsvetenskapen? Svårt att dra en gräns: De flesta humanvetenskaper bidrar med någon typ av kunskap om människan och dess villkor. De flesta naturvetenskaper bidrar med någon typ av kunskap som kan vara relevant för att förstå någon aspekt av t.ex. människokroppen eller människans relation till naturen. 7

8 Alfred Schütz om humaniora och naturvetenskap Naturvetenskaperna: De fenomen som studeras är inte meningsfulla (dvs tolkade) förrän naturvetaren gjort sin tolkning av det som studerats. Humanvetenskaperna: de fenomen som studeras är redan meningsfulla ( tolkade ) för deltagarna själva inom ramen för de mänskliga aktiviteter som studeras. När en forskare i sin tur tolkar detta gör alltså en andra ordningens tolkning (en tolkning av en tolkning). To bridge the gap between brain and mind handlar i mångt och mycket om att överbrygga gapet mellan humanvetenskaper och naturvetenskap. 8

9 Nivåer (Dahlbäck) Fysisk och social miljö Kognition ( the mind ) Neurologi / biologi Situerad)och) distribuerad kognition Sub2symbolisk) kognition)/) neurokognition 9

10 10 Olika tidsskalor

11 Utvecklingsmässiga tidsskalor Fylogenes (artens utveckling, evolution) Sociogenes (kulturers utveckling) Ontogenes (individens utveckling) Mikrogenes (situationers utveckling) 11 (Vygkotskij)

12 Integrationsutmaningen Cognitive Science eller The Cognitive Sciences? Cognitive Science: En enhetlig förklaring av kognition som baseras på och integrerar hela rymden Ett ramverk som identifierar gemensamma nämnare för alla delvetenskaper som studerar kognition och hur de är relaterade till varandra. Kognitionsvetenskap är mer än summan av delarna. 12

13 Lokal integrering Två eller flera delvetenskaper: Evolutionär psykologi och psykologiska resonemang Psykologi och neurologi Lingvistik och datalogi Datalogi och neurologi 13

14 Global integrering Försöker definiera relationen mellan Olika nivåer av förklaring Olika nivåer av organisation T.ex: Interteoretisk reduktion Marr s trenivåmodell Mentala arkitekturer 14

15 Interteoretisk reduktion Termodynamik Temperatur Volym Energi Tryck Brygga Temperatur7är7medelvärdet7 av7molekylers7rörelseenergi Statistisk7mekanik Statistiska7egenskaper7 hos7molekyler Mekaniklagar Andra exempel: När flera olikartade teorier konvergerar mot en liknande typ av förklaring så inbjuder det till att göra en syntes. 15

16 David Marr s trenivåmodell Beräkningsnivå (1982) Vad är målet med informationsbearbetningen? Vilka indata och utdata förväntas? Algoritmnivå Hur utförs informationsbearbetningen? Dvs hur åstadkommer man rätt typ av utdata från indata. Implementationsnivå Vad är den fysiska realiseringen av algoritmen? (dator / hjärna) Marr s approach baserar sig på en top-down-analys av kognitiva system och handlar i hans fall om en modell för visuell perception (syn). 16

17 Problem med Marr s modell Fungerar ej som generell metod, eftersom den främst passar modulära kognitiva system (Varför är det så tror du?), och alla kognitiva system inte är modulära. För icke-modulära system är det betydligt mer komplext att analysera uppgiften, utforma en algoritm och implementera algoritmen eftersom systemet inte är inkapslat. och om vi drar oss till minnes det vi pratade om förra gången så är det inte ens självklart att se kroppen i sin helhet som inkapslad i alla bemärkelser, eftersom dess sätt att tänka och agera formas av deltagande i aktiviteter i världen (sensorimotorisk erfarenhet). 17

18 Mentala arkitekturer T.ex.: Symbolisk kognition: Fysiska symbol-system (t.ex. Fodor s Language of Thought ) Sub-symbolisk kognition: Konnektionism / Neurala nätverk / Parallell distribuerad bearbetning Hybridarkitekturer 18

19 Fysiska symbolsystem Nödvändigt och tillräckligt villkor för intelligens: Symboler är fysiska mönster Symbolerna kan kombineras till komplexa symbolstrukturer Det finns processer för att manipulera komplexa symbolstrukturer Processerna för att generera och transformera komplexa symbolstrukturer kan representeras av symboler 19

20 Language of Thought (Fodor) Language of Thought eller Mentalese" är ett internt språk med symboler och meningar som ses som en modell för hur tänkande främst resonerande fungerar. Meningar( uttryckta(i( LOT(är: Fysiska( symbolstrukturer( som(kan( manipuleras( enligt(regler Meningar( uttryckta(i( LOT(är: Representationer( av(tillstånd(i( världen,( propositionella attityder( 20

21 Sub-symbolisk kognition/ Konnektionism Modeller inspirerade av hjärnan Distribuerade representationer lagrade i vikterna Ingen tydlig åtskillnad mellan informationslagring och informationsbearbetning Kan lära och förändras över tid 21

22 FSS kontra NN Är konnektionism ett alternativ till fysiska symbolsystems- hypotesen, eller en implementation? (jfr Marrs algoritmiska nivå och implementationsnivå!) Beräkningsnivå Algoritmnivå Implementation Har människor bara en typ av kognition, eller kan det finnas flera olika, t ex symbolbearbetning för mer abstrakta resonemang och problemlösning och distribuerade för percpetion och mönstermatchning? 22

23 Mental arkitektur Det råder stor konsensus om att Lågnivåprocesser är snabba (t.ex. reflexer) Högnivåprocesser är långsammare (t.ex. att resonera) Exempel: Tolkningsdjup Högnivåprocesser stödjer lågnivåprocesser: Exempel: Objektpermanens eller läsning av text Mental? Kroppen då? ( Embodied Cognition ) 23

24 Problem med Marr s modell Fungerar ej som generell metod, eftersom den endast passar modulära kognitiva system, och alla kognitiva system inte är modulära. För icke-modulära system är det problematiskt både att analysera uppgiften, utforma en algoritm och implementera algoritmen eftersom systemet inte är inkapslat. och om vi drar oss till minnes det vi pratade om förra gången så är det inte ens självklart att se kroppen i sin helhet som inkapslad i alla bemärkelser, eftersom dess sätt att tänka och fungera formas av deltagande i aktiviteter i världen (sensorimotorisk erfarenhet). 24 Extended/Distributed Cognition

25 Två synsätt på kulturens roll Det (medfött) kognitiva är något fast som alla människor delar, medan kulturen varierar och står för skillnader människor emellan. Det (medfött) kognitiva bestämmer bara vårt beteende till viss del, medan kulturen strukturerar och står för möjligheten att faktiskt förstå varandra människor emellan (t.ex. Bruner 1990) Exempel: vargbarn 25

26 Metodologisk mångfald Olika typer av forskning och forskningstraditioner bidrar med olika metoder, men vissa typer av metoder används inom flera olika forskningsfält. Generella analysmetoder: Kvantitativ och kvalitativ analys. Generella tillvägagångssätt: Observation, Experiment, etc.. Specifika metoder: fmri, ögonrörelsemätning 26

27 ämne tradition studieobjekt huvudmetoder mål datavetenskap matematik beräkningar och beräkningsmekanismer datavetenskapligt tänkande, programmering skapa och utvärdera beräkningsmeskanismer som implementerar tänkande filosofi medvetande, existens, kunskap konceptuell analys, logik, tankeexperiment förstå tänkandets och medvetandets förutsättningar och möjligheter lingvistik historia, filogi språk och kommunikation torra experiment med människor kartlägga och förstå naturligt språk och kommunikation neurovetenskap medicin människans och djurs nervsystem våta laborativa experiment med människor och djur kartlägga och förstå människans och djurs neurofysiologi psykologi filosofi, medicin människan i sig torra laborativa experiment med människor kartlägga och förstå mänskligt tänkande och beteende antropologi historia, biologi människor i sin miljö fältstudier av människor i sin miljö kartlägga och förstå mänskligt beteende i ett sammanhang etologi zoologi djur i sin miljö 27 fältstudier och experiment kartlägga och förstå djurs beteende i ett sammanhang

28 Vad kan en kognitionsvetare som inte andra kan? Kognitionsvetenskap en kompetensutbildning snarare än yrkesutbildning men kompetensen är ofta yrkesrelevant. En kognitionsvetare fungerar naturligt som en spindel i nätet den som kan tala programmering med programmerare, psykologi med psykologer, osv, men ändå sedan bidra med ett annat perspektiv. Kan metoder! relevant både i forskning och i yrkesliv. 28

29 Pluralism? Är mångfalden av teorier och angreppssätt ett problem eller en tillgång? Vad är vetenskap? Ett växelspel mellan auktoritet och (evidensbaserade fakta ) och ifrågasättande (nytänkande, utveckling). 29