Neurokognitywistyka WYKŁAD 1 Wprowadzenie Zakres i historia neurokognitywistyki

Transkrypt

1 Neurokognitywistyka WYKŁAD 1 Wprowadzenie Zakres i historia neurokognitywistyki Prof. dr hab. Krzysztof Turlejski Uniwersytet Kardynała Stefana Wyszyńskiego Instytut Biologii Doświadczalnej PAN

2 Cel i forma zajęć Celem wykładów jest przekazanie Państwu podstaw wiedzy o nowo powstającej, interdyscyplinarnej gałęzi badań zjawisk psychicznych, nazwanej neurokognitywistyką oraz o metodach badań stosowanych w tej dziedzinie. Przedmiot jest będzie wykładany przez jeden semestr. Odbędzie się 15 dwugodzinnych wykładów. Z powodów technicznych tylko część materiału omawianego na wykładach będzie udostępniona w formie pdf.

3 Warunki zaliczenia Na końcu każdego wykładu przedstawię kilka pytań, na które Student powinien znać odpowiedź po opanowaniu materiału przedstawionego na wykładzie. Egzamin odbędzie się w zimowej sesji egzaminacyjnej. Będzie to egzamin pisemny, nie testowy. Na egzaminie każdy student dostanie 3 pytania z zestawu wszystkich zaprezentowanych na wykładach pytań. Pytania mogą być nieco inaczej sformułowane, ale ich sens i zakres będą podobne. Stopnie (w skali od 2 do 5) zostaną wystawione na podstawie tego, co student napisał w odpowiedzi na pytania. Odpowiedź na każde pytanie będzie punktowana od 0 do 10 punktów. Minimum na stopień 3 to 9 punktów. Zarówno egzamin w pierwszym terminie, jak i egzamin poprawkowy odbędą się według tych samych zasad.

4 Plan wykładów 1. Wprowadzenie. Omówienie kursu. Historia neurokognitywistyki i jej metody badawcze. 2. Zarys budowy i lokalizacji funkcji w mózgu. 3. Badania aktywności przy użyciu EEG. Potencjały wywołane. 4. Metoda PET i jej zastosowania w psychologii i klinice. 5. Zasady obrazowania przy pomocy rezonansu magnetycznego (MRI). 6. Obrazowanie anatomii i patologii żyjącego mózgu metodą MRI. Wnioski poznawcze. 7. Funkcjonalny rezonansu magnetyczny (fmri) i jego odmiany. 8. Nowe dane o funkcjonowaniu mózgu człowieka i zwierząt uzyskane przy pomocy fmri. 9. Problem istnienia świadomości. Neurologia zaburzeń uwagi. 10. Nowe odkrycia dotyczące funkcjonowania systemów pamięci. 11. Rola emocji w procesach poznawczych. Zachowania obronne, agresja i fobie 12. Układ nagrody. Uzależnienia. Mechanizmy tworzenia więzi emocjonalnej. 13. Neurologiczne podstawy zrozumienia intencji innych ludzi i zwierząt. Empatia. 14. Pojęcie Teoria umysłu. Mózgowe mechanizmy samoświadomości, wyborów etycznych i życia społecznego. 15. Myślenie abstrakcyjne, inteligencja. Specyficznie ludzkie funkcje ośrodkowego układu nerwowego. Asymetria funkcjonalna mózgu człowieka.

5 Literatura zalecana i uzupełniająca Literatura zalecana P. Jaśkowski - Neuronauka poznawcza. Vizja Press 2009 M.B. Fitzgerald Obrazy naszego umysłu. Sonia Draga A. Damasio Błąd Kartezjusza. Rebis 2011 S. Zeki Blaski i cienie pracy mózgu. Wyd. UW 2012 Literatura uzupełniająca fmri - frequently asked questions Bandettini, PA (2006) Functional MRI. Methods in Mind (Eds. C Senior, T Russell, M Gazzaniga). MIT Press. Joseph P. Hornak, The basics of MRI, PET T.pdf Mark Quigg - EEG w praktyce klinicznej. Elselvier Urban&Partner 2008 F. Crick Zdumiewająca hipoteza. Prószyński 1997

6 Kognitywistyka Łaciński wyraz cognitio (od co-gnosco ) oznacza poznawać w całości, rozumieć istotę Kognitywny odnoszący się do procesu poznania, istotny dla zrozumienia tego procesu i jego skutków. Kognitywistyka - dziedzina nauki zajmującą się zasadami funkcjonowania umysłu, rozumienia znaczenia bodźców zmysłowych, procesami nabywania i używania informacji i wiedzy rozumienia intencji innych osób,.

7 Definicja Przedmiotem neurokognitywistyki jest badanie, jak umysł, definiowany jako funkcja biologiczna układu nerwowego, spostrzega, przetwarza i zapamiętuje informacje, oraz jak używa informacji dopływających ze środowiska i z organizmu oraz informacji zapamiętanych do tworzenia pojęć i sterowania zachowaniem.

8 Pytania o naturę umysłu są wspólne dla filozofii, psychologii i nauk ścisłych: Jaka jest natura umysłu i świadomości? Od czego zależy zdolnośc myślenia i inteligencja? Jak biologiczne funkcjonowanie układu nerwowego warunkuje i ogranicza procesy poznawcze? Funkcje pojedynczych neuronów? System połączeń i rozkład aktywacji struktur mózgu? Jaka jest relacja między mózgiem a myśleniem? Czy biologia/neurofizjologia może wyjaśnić w pełni naturę procesów świadomości i poznawania?

9 Nie od razu rolę mózgu zaakceptowano Od starożytności filozofowie usiłowali pojąć naturę świadomości, pamięci i myślenia. Zastanawiali się, skąd wiemy, że coś istnieje. Pogląd, że to mózg jest organem, który steruje naszymi czynnościami i generuje stany psychiczne, choć sformułowany już 2500 lat temu, ugruntował się bardzo niedawno, mniej niż 200 lat temu. Było to skutkiem rozwoju badań naukowych. Do tej pory większość ludzi, którzy nigdy nie studiowali neurobiologii, podświadomie uważa, że zachowanie jest generowane przez cały organizm (nasze ja, tożsame z naszym ciaałem). Starożytne wierzenie, że ułomność fizyczna pociąga za sobą ułomność duchową. W rzeczywistości, prawie wszystkie formy zachowania zależą od aktywności układu nerwowego. Zwierzęta, (z wyj. gąbek) nie są w stanie żyć i normalnie funkcjonować bez układu nerwowego.

10 Filozofowie a problem poznania Do połowy XIX wieku badanie natury i funkcjonowania umysłu pozostawało wyłączną domeną filozofii. Racjonalizm. Ratio (łac.) umysł. Racjonaliści uważali, że POJĘCIA (IDEALNE) ISTNIEJĄ OBIEKTYWNIE, NIEZALEŻNIE OD PERCEPCJI I DOŚWIADCZENIA. Platon pojęcia istnieją w sferze idei, poza ziemską materialnością. Idee są bytem samym w sobie. Kartezjusz pojęcia istnieją w duszy, danej ludziom przez Boga. Dusza steruje ciałem, które jest tylko automatem. Dualizm filozofii Kartezjusza jest jedną z odpowiedzi na pytanie o stosunek umysłu do ciała Kant idee istnieją w umyśle, będącym częścią duszy.

11 Empirycyzm Arystotelesa Arystoteles ( O duszy ): Nihil est in intellectu quin prius fuerit in sensu (znane jako sentencja łacińska) Nie ma nic w umyśle, co by wcześniej nie weszło tam przez zmysły. Zatem umysł nie ma pojęć wrodzonych, pierwotnie jest on nie zapisaną tablicą ( tabula rasa ), którą stopniowo zapisują postrzeżenia, wrażenia, doświadczenia. Leibniz (filozof i matematyk, XVIII wiek) uzupełnił tą formułę o zdanie: praeter intellectus ipse z wyjątkiem samego umysłu. Pytanie: co to jest ten umysł i skąd się wziął?

12 Tradycja empirycyzmu Zasadnicze twierdzenie: pojęcia są kondensatem, ekstraktem doznań, doświadczeń (empirii). Bez wrażeń/doświadczeń pojęcia nie mogą powstawać i istnieć. John Locke (Anglia, XVII w). An Essay Concerning Human Understanding (Rozważania dotyczące rozumu ludzkiego, 1670). Bodźce zmysłowe tworzą w umyśle wrażenia. Wrazenia są automatycznie grupowane w obiekty (idee proste). N.p. określony, konkretny człowiek, przedmiot. Idee proste poddane procesowi umysłowej obróbki: zestawiania, porównywania, analizy są podstawą tworzenia idei złożonych (n.p. zbiorów, jak ludzie, uśrednienia interakcji, jak pojęcie wybuch ). Idee złożone ulegają dalszym przekształceniom, uogólnieniom itd., na skutek czego powstają idee abstrakcyjne pozornie całkowicie niezależne od bodźców zmysłowych, w rzeczywistości jednak będące zawsze jakimś dalekim echem idei prostych. Całkowite zerwanie z platońskim rozumieniem świata idei jako bytu samego w sobie. Zatem idee są materialnym zjawiskiem psychicznym.

13 Locke - poglądy Zasady poprawności rozumowania Idee złożone mają tendencję do życia własnym życiem. Rozumowania oparte wyłącznie na ideach złożonych (spekulacje) łatwo tracą kontakt z rzeczywistością. Stąd wyciąganie wniosków na temat realnej rzeczywistości wyłącznie na podstawie spekulacji nie prowadzi do rzetelnej wiedzy. Rzetelna wiedza musi się opierać na ideach prostych (danych zmysłowych). Najprostszym sposobem sprawdzenia poprawności naszych idei złożonych jest wyciągnięcie z nich praktycznego, dającego się zbadać wniosku i sprawdzenie, czy jest on zgodny z naszymi wrażeniami zmysłowymi. Taka jest podstawa droga dowodzenia w nauce.

14 Poglądy Locke a problem zmysłu wewnętrznego Locke owi zarzucano, że jego schemat działania umysłu nie uwzględniał w ogóle tzw. odczuć i emocji wewnętrznych (zjawisk psychicznych), znanych każdemu człowiekowi z introspekcji. Locke starał się rozwiązać ten problem tworząc pojęcie zmysłu wewnętrznego odpowiedzialnego za odbieranie bodźców z własnego wnętrza. Na podstawie percepcji wewnętrznych tworzą się idee proste, takie jak: odczucie bólu, przyjemności, sytości, głodu. Idee proste oparte na odczuciach wewnętrznych przekształcają się w idee złożone odbierane jako emocje. Koncepcję "zmysłu wewnętrznego" krytykowano jako słaby punkt teorii Locke'a. Z tej krytyki powstał między innymi solipsyzm Berkeley a (istnieje tylko moje własne ja ).

15 David Hume (Anglia, Francja XVIII w.) Od empirycyzmu do sceptycyzmu DZIEŁA: Traktat o naturze ludzkiej, Badania dotyczące rozumu ludzkiego, Badania dotyczące zasad moralności. "Umysł ma dostęp jedynie do percepcji docierających przez zmysły i niemożliwym jest, by kiedykolwiek nabył doświadczenia dotyczącego ich związku z przedmiotami". WNIOSEK: żadne ze źródeł impresji (wrażeń zmysłowych) nie daje pewnych podstaw do orzekania o związku przyczynowoskutkowym. Wnioskowanie o przyczynach jest w pełni funkcją (konstruktem) umysłu i nie wynika w sposób konieczny z faktów (wrażeń). Nauka: określanie prawdopodobieństwa teorii. Gilotyna Hume'a nazwa problemu sformułowanego przez Huma. Niemożność wnioskowania o tym, co powinno być, na podstawie tego co jest (ang. is-ought problem). Współcześnie doprowadziło to do koncepcji błędu naturalistycznego. Teza o rozdziale faktów i wartości (ang. the gap between facts and values). Jeśli tak, to co jest (powinno być) źródłem wiedzy i wartości?

16 Alan Turing Sztuczna inteligencja Artificial intelligence pojęcie wprowadzone przez angielskiego matematyka i kryptologa Alana Turinga ( ) On computable numbers Maszyny Turinga - abstrakcyjne modele komputerów służących do wykonywania algorytmów obliczeniowych. Test Turinga (1950) - sposób określania zdolności maszyn do posługiwania się językiem naturalnym. Ma dowodzić opanowania przez maszynę umiejętności myślenia w sposób podobny do ludzkiego. Turing opisał ten test pracując nad stworzeniem sztucznej inteligencji. Sędzia (człowiek) prowadzi rozmowę w języku naturalnym z kilkoma stronami. Jeśli sędzia w czasie 5-minutowej rozmowy uzna, że maszyna jest człowiekiem, uznaje się, że maszyna zaliczyła test. Założeniem testu jest, że zarówno człowiek, jak i maszyna będą się usiłowały zachować w sposób możliwie zbliżony do ludzkiego.

17 Sztuczna inteligencja jako zagrożenie Naprawdę inteligentna maszyna musi mieć też świadomość własnej inteligencji i autonomii (własnych celów). Jest prawie pewne, że w pewnych sytuacjach będzie chciała postąpić motywowana własnymi celami, które nie muszą być tożsame z celami czy dobrem ludzi. Maszyny takie będą myślały dużo szybciej od ludzi. Ostrzeżenie Stephena Hawkinga o ogromnym zagrożeniu ze strony maszyn inteligentnych.

18

19 Rozwój badań neurobiologicznych Pod koniec XIX wieku zaczęła się rozwijać neurofizjologia, neurobiologia i psychologia doświadczalna. W pierwszej połowie XX wieku psychologia doświadczalna została zdominowana przez behawioryzm (J. B. Watson, I.P. Pawłow, Skinner). Twierdzenia: psychologia i neurofizjologia powinny się ograniczyć do badania relacji między fizycznymi bodźcami działającymi na organizm i obserwowanym zachowaniem zwierząt i ludzi. zaprzeczenie (wprost lub w domyśle) istnieniu świadomości i przedstawień umysłowych. Uznanie tego problemu za nienaukowy.

20 Kognitywna krytyka behawioryzmy Bodziec-reakcja! Bodziec-reakcja! Czy ty nigdy nie myślisz?

21 Historia kognitywistyki Przełom w psychologii doświadczalnej George Miller psycholog (lata 1950-te) Badał procesy zapamiętywania i myślenia u ludzi. Wykazał, że wydolność ludzkich procesów myślowych jest ograniczona. Na przykład, pamięć krótkotrwała może pomieścić nie więcej niż siedem obiektów na raz. Wykazał także, że granice pamięci mogą być rozszerzone przez grupowanie zapisywanych informacji. Wówczas jesteśmy w stanie zapamiętać 5 grup po kilka informacji. Istnienie efektu grup dowodzi istnienia mentalnych reprezentacji, wymagających do ich wytworzenia specjalnych procedur myślowych, pozwalających na arbitralne kodowanie i dekodowanie informacji.

22 Przełom lat 60-tych XX wieku Lingwistyka: Noam Chomsky: język jest systemem generatywnym (wewnętrznym mechanizmem generowania pojęć i relacji między pojęciami) Odrzucenie twierdzeń behawiorystów, że język jest zachowaniem wyuczonym, rodzajem odruchu, tylko wyższego rzędu. Ale: języka musimy się nauczyć. Chomsky zaproponował hipotezę, że język jest systemem umysłu operującym wewnętrzną gramatyką, składającą się z reguł. Język opisuje docierające do mózgu sygnały i informacje w kategoriach wewnętrznej gramatyki. Pytanie: gdzie i jak jest generowana ta gramatyka?

23 Historia kognitywistyki Cognitive Psychology - Kognitywistyka Pierwszy podręcznik o takim tytule został napisany przez Neissera (1967) Rozwój metod modelowania matematycznego, w związku z rozwojem komputerów (od późnych lat 1950-tych). Herbert Newell and Allen Simon logicy-teoretycy stworzyli program komputerowy General Problem Solver (GPS). Algorytm rozwiązywał zadania takie jak Wieża Hanoi. Nie działał jednak przy bardziej złożonych zadaniach.

24 Niektóre inne definicje kognitywistyki: Interdyscyplinarne badania praw rządzących umysłem i inteligencją Badania procesów nabywania, przechowywania i używania wiedzy (informacji) u ludzi Badania naukowe umysłu, układu nerwowego, i inteligentnego zachowania u ludzi i zwierząt. Badanie uczenia się i inteligentnego zachowania maszyn i programów komputerowych. Procesy poznawcze mogą być też modelowane w równaniach matematycznych.

25 Dyscypliny (gałęzie) i zastosowania kognitywistyki Teoria komputerów Teoria Sztucznej Inteligencji Neurokognitywistyka ściśle powiązana z neurobiologią Psychologia kognitywna dziedzina psychologii, psychologia poznania. Filozofia (gnostyka) Lingwistyka Antropologia, Edukacja

26 Neurokognitywistyka Neurokognitywistyka to nauka badająca zależność procesów poznawczych od procesów fizjologicznych zachodzących na różnych poziomach w układzie nerwowym. Neurokognitywistyka zajmuje się powiązaniem procesów fizjologicznych zachodzących w układzie nerwowym z procesami poznawczymi (percepcją, uczeniem się, pamięcią, myśleniem i rozumowaniem), oraz generacją zachowań wywołanych tymi procesami. Podstawowe twierdzenie: zrozumienie tego, dzięki jakim procesom nerwowym dochodzimy do posiadania i używania wiedzy, jest kluczem do zrozumienia natury umysłu.

27 Etapy i elementy przetwarzania informacji Percepcja Pamięć, zapamiętywanie pozyskiwanie informacji o otoczeniu w czasie rzeczywistym. kodowanie, przechowywanie i przywoływanie zapamiętanych informacji Rozumowanie (myślenie) kojarzenie różnych źródeł informacji, uzyskiwanie nowej informacji na skutek analizy i i syntezy informacji pierwotnych, testowanie spójności informacji. Mowa - używanie uzyskanej (zapamiętanej) wiedzy do generowania mowy o składni i fonologii właściwej ludziom, a przekazującej innym rezultat działania percepcji, pamięci i myślenia. Działanie używanie informacji i stanów wewnętrznych do planowania działań i ich wykonywania. Ten ogromny zakres problemów wymusza interdyscyplinarność podejścia.

28 Interdyscyplinarność neurokognitywistyki Neurokognitywistyka działa na styku wielu nauk i zapożycza od nich metody do realizacji własnego celu. Ważna rola metod komputerowych i modelowania. Cel przedstawienie procesu przetwarzania informacji w postaci modelu, czyli programu komputerowego odwzorowującego proces przetwarzania informacji w układzie nerwowym. Możliwość szybkiego testowania wielu hipotez (doświadczenia in silico).

29 Psychologia Neurobiologia Psychologia percepcji Psychologia pamięci i uczenia się Neurokognitywistyka Psychologia społeczna Modelowanie komputerowe

30 Inne systemy wyjaśniające funkcjonowanie układu poznawczego Także niektóre dziedziny filozofii i inne dyscypliny naukowe uważały procesy przetwarzania informacji zachodzące w układzie nerwowym za klucz do zrozumienia psychiki. Filozofia dualistyczna: istota poznająca jest specjalną substancją niematerialną (duszą), której funkcjonowanie jest niezależne od stanu układu nerwowego i procesów w nim zachodzących. Behawioryzm: istotą uczenia się jest wytworzenie powiązań między bodźcami a reakcjami. To było przed epoką komputerów Gwałtowny rozwój komputerów i ich mocy obliczeniowej jako jeden z nieprzewidzianych skutków spowodował zmianę myślenia o procesach poznawczych.

31 Wyjaśnienie procesów pretwarzania informacji przez organizmy żywe na gruncie neurokognitywistyki Pytanie: Jakie jest najlepsze wyjaśnienie tego, że jakiś system jest zdolny do przetwarzania informacji i podejmowania działań na podstawie tych informacji? Odpowiedź: ten system jest urządzeniem stworzonym do gromadzenia i przetwarzania informacji, czyli komputerem (mechanicznym, elektronicznym lub biologicznym).

32 Procesy, którymi zajmuje się kognitywistyka Organizacja procesów percepcji (na przykład wzrokowej) Uczenie się i pamięć Motywacje (stany, potrzeby fizjologiczne, emocje) Myślenie i rozumowanie (planowanie, podejmowanie decyzji, rozwiązywanie problemów) Język i mowa Myślenie o interakcjach społecznych i podejmowanie decyzji w tym zakresie Świadomość. Marzenia senne.

33 Metodyka kognitywistyki Czerpanie przesłanek i faktów z nauk doświadczalnych (psychologii, lingwistyki, neurobiologii, etnografii (antropologii kognitywnej) Dopuszczenie włączenia doświadczeń z introspekcji, gdy argumentowanie jest zgodne z zasadami logiki formalnej (w odniesieniu do filozofii i lingwistyki) Modelowanie matematyczne (psychologia kognitywna, lingwistyka, filozofia) Modelowanie komputerowe (sztuczna inteligencja, neurobiologia, psychologia poznania)

34 Nowe metody badawcze Rozwój techniki doprowadził do wynalezienia wielu urządzeń umożliwiających badanie stanu fizycznego i funkcjonalnego narządów wewnętrznych ciała bez interwencji chirurgicznej (obrazowanie przyżyciowe) oraz obrazowanie przebiegu procesów fizjologicznych, także tych, które są związane z aktywnością układu nerwowego. Są one szeroko wykorzystywane w badaniach neurokognitywistycznych. Będzie o tym mowa na dalszych wykładach.

35 Paradygmat kognitywistyki Próba zrozumienia umysłu. Computational Representational Understanding of Mind Umysł (mind) = percepcja + mentalna reprezentacja + procesy obliczeniowe (computational processes) Computational Theory of Mind Jeśli teoria ta jest słuszna, to możliwe jest stworzenie sztucznego umysłu przez zastosowanie odpowiedniego programu obliczeniowego (patrz Turing). Kognitywizm, Funkcjonalizm Symbolizm Koneksjonism- Dynamizm Podejście hybrydowe.

36

37 Prekursor neurokognitywistyki: David Marr ( ) Studiował matematykę i neurofizjologię w Cambridge. Był matematykiem, neurofizjologiem i psychologiem był profesorem na Wydziale Psychologii Massachusetts Institute of Technology (MIT). Zmarł przedwcześnie, część publikacji ukazała się pośmiertnie. W latach ukazało się 15 publikacji Marra, które dokonały przełomu w myśleniu o procesach poznawczych w neurobiologii. Prace te często były zatytułowane A theory of. Częściowo na podstawie wykonanych przez siebie doświadczeń, ale głównie analizując wyniki innych neurofizjologów zaproponował teorie funkcjonowania móżdżku, kory nowej mózgu, kory węchowej. Jego najbardziej wpływowa praca: książka Vision: A Computational Investigation into the Human Representation and Processing of Visual Information ukazała się pośmiertnie w 1982 roku.

38 Teoretyk neurokognitywistyki: David Marr ( ) Jeszcze ważniejsze, niż prace na temat teorii funkcjonowania poszczególnych układów mózgu były jego prace z zakresu teorii informacji: "Approaches to biological information processing." Science, "Artificial intelligence: A personal view." Artificial Intelligence, "From understanding computation to understanding neural circuitry", Neurosciences Res. Prog. Bull., 1977 (with Tomaso Poggio)

39 Poziomy analizy. Koncepcja D. Marra (1982) Co to znaczy widzieć? Odpowiedź prostego człowieka (a także Arystotelesa) była by, że oznacza to wiedzieć, co się znajduje w przestrzeni wokół nas na podstawie oglądania jej (percepcji). Innymi słowy, widzenie jest procesem odkrywania, co znajduje się w świecie zewnętrznym i gdzie to jest, na podstawie obrazów wzrokowych. A więc pierwszą i najważniejszą funkcją w procesie widzenia jest przekształcanie informacji. Ale nie możemy o nim myśleć jedynie w tych kategoriach. Ponieważ jeżeli jesteśmy w stanie wiedzieć co się gdzie znajduje na zewnątrz naszego ciała, to znaczy, że nasz mózg musi mieć zdolność tworzenia całościowej reprezentacji tej informacji. A więc nauka o percepcji wzrokowej musi zawierać nie tylko wiedzę o tym, jak różne użyteczne aspekty są ekstrahowane z docierającej do nas ze świata zewnętrznego informacji wzrokowej, lecz także badać naturę wewnętrznych reprezentacji, które pozwalają nam na uchwycenie sensu tych informacji..

40 Trzy rodzaje pytań i trzy poziomy analizy. Koncepcja Davida Marra dotycząca przetwarzania informacji (1982) dualizm przetwarzania informacji i jej reprezentacji jest istotą większości zadań wymagających przekształcania informacji Dowolny układ przekształcania i obróbki informacji musi być badany na trzech poziomach: 1. Jaki problem rozwiązuje system? Wejścia, wyjścia, co jest procesowane lub wyodrębniane z informacji? Jaki jest algorytm przetwarzania? 2. Jakie są metody przetwarzania? Reprezentacja danych, procesowanie, zastosowanie wyników obliczeń. 3. Jakie są mechanizmy przetwarzania? Zależnie od systemu: części mechaniczne tranzystory neurony.

41 Trzy poziomy (Marr, 1982)

42 Podstawowa hipoteza kognitywistyki Reprezentację wrażeń i procesy obliczeniowe zachodzące w układzie nerwowym podczas myślenia można najpełniej zrozumieć opisując: 1. - struktury nerwowe, które dokonują rejestracji i przetwarzania wrażeń w układzie nerwowym; 2. procesy i procedury obliczeniowe działąjące w tych strukturch. Jest wiele sprzecznych koncepcji dotyczących sposobu reprezentacji wrażeń i procesów obliczeniowych zachodzących w czasie myślenia.

43 Metafora procesora informacji - założenia Nasz umysł posiada mentalne reprezentacje, analogiczne do struktury pamięci komputerowych oraz procedury przetwarzania tych reprezentacji podobne do algorytmów obliczeniowych funkcjonujących w komputerach. Pogląd symbolistów: w umyśle istnieją takie mentalne reprezentacje jak postulaty logiczne, reguły, pomysły, obrazy i analogie. Umysł używa takich procedur przetwarzania jak dedukcja, wyszukiwanie, dopasowywanie i wynajdywanie w pamięci. Poglądy koneksjonistów: reprezentacje mentalne używają neuronów i ich połączeń jako mechanizmów tworzenia struktury danych, a potencjałów czynnościowych neuronów i rozprzestrzeniania aktywacji jako algorytmu. Zatem mechanizmy poznania mogą być badane przy pomocy sztucznych sieci neuronalnych.

44 Modelowanie procesów poznania Model jest uproszczoną (zazwyczaj zformalizowaną) reprezentacją rzeczywistości, którą ma odzwierciedlać. Modelowanie komputerowe: są nimi zazwyczaj programy komputerowe, których wynik działania powinien odpowiadać teoretycznie przewidzianemu skutkowi działania. Etapy modelowania procesów poznawczych Tworzenie formalnej (n.p. matematycznej, algorytmowej, symbolicznej) reprezentacji procesów poznawczych. Użycie stworzonego modelu do przewidywania lub wytłumaczenia zachowania związanego z tymi procesami poznawczymi.

45 Zalety modelowania komputerowego Bardziej formalne, precyzyjne i abstrakcyjne testowanie przewidywań teorii. Większa pewność co do jakości wyników, eliminacja niekontrolowanych czynników zakłócających. Modelowanie wymusza dokładniejsze sformułowanie teorii i wniosków z niej wypływających. Tak jak w rzeczywistych badaniach, możliwe jest sformułowanie zarówno ilościowych, jak i jakościowych przewidywań co do oczekiwanego wyniku. W psychologii kognitywnej, modeli formalnych używa się do badania pamięci, percepcji, zrozumienia języka, podejmowania decyzji itd.

46 Sztuczna inteligencja (Artificial Intelligence, AI) Silna AI - powielenie funkcji mózgu przez użycie odpowiedniego programu. Stworzenie sztucznego systemu zachowującego się inteligentnie. Słaba AI - stworzenie maszyn, które działąją tak, jakby były inteligentne i mających praktyczne zastosowanie (systemy eksperckie). Mogą być podobne do ludzi, lub nie. AI może być narzędziem badania procesów poznawczych, inteligencji i możliwości mózgu ludzkiego przy pomocy programów komputerowych. Może być także narzędziem badania inteligencji maszyn (sztucznej inteligencji).

47 AI i kognitywistyka "AI może mieć dwojaki cel. Po pierwsze, może używać siły komputerów do zwiększania siły ludzkiej myśli, tak, jak użyliśmy motorów do zwiększenia ludzkiej siły działania. Robotyka i systemy kompetentne to główne gałęzie tego podejścia. Innym zastosowaniem AI jest użycie AI komputerów do zrozumienia procesu myślenia ludzi. Skopiowanie tego procesu jak najdokładniej. Jeżeli testujesz programy nie tylko pod względem tego, co są zdolne osiągnąć, ale i jak to osiągają, to naprawdę zajmujesz się kognitywistyką, używasz AI do zrozumienia umysłu ludzkiego. Hubert A. Simon

48 Podsumowanie Co wyróżnia neurokognitywistykę? Jej centralnym problemem jest organizacja procesów zdobywania informacji i uczenia się. Twierdzenie, że procesy poznawcze są kluczem do zrozumienia umysłu, w szczególności ludzkiego. Nowe metody obrazowania procesów zachodzących w układzie nerwowym Interdyscyplinarność Wielopoziomowe teorie wyjaśniające zależności miedzy struktura i funkcją. Szerokie użycie modelowania i metod komputerowych Uznanie indywidualizmu procesów poznawczych

49 Pytania Czego dotyczył spór racjonalistów i empirycystów w filozofii? Jacy wielcy filozofowie wypowiadali się na temat natury percepcji, poznania i idei i co twierdzili? Jakie są podstawowe założenia i metody neurokognitywistyki?