Elementy kognitywistyki III: Modele i architektury poznawcze

Transkrypt

1 Elementy kognitywistyki III: Modele i architektury poznawcze Wykład VIII: Architektury poznawcze (symboliczne) I: ACT

2 Zintegrowana teoria umysłu ACT-R (adaptive control of thought rational) hipoteza dotycząca tego, w jaki sposób wszystkie elementy umysłu współpracują, by efektem było koherentne poznanie. Newell: pojedynczy umysł wytwarza wszystkie aspekty poznania. Nawet jeśli umysł ma części (moduły) wszystkie one łączą się by wywołać zachowanie zadania: wyjaśniać rzeczywiste problemy integracja danych z neuronauki poznawczej

3 Architektura ACT-R zbiór modułów dedykowanych przetwarzaniu określonego rodzaju informacji moduły: wizyjny, manualny, deklaratywny, celów teoria nie przesądza o ilości istniejących modułów koordynacja: centralny system produkcji, zdolny odpowiadać na informacje pojawiające się w buforach modułów 2 bufory wzrokowe: ścieżki gdzie i co bufor celu śledzi stan wewnętrzny podmiotu będącego w trakcie rozwiązywania problemu

4 Architektura ACT-R

5 Architektura ACT-R reguły produkcji: uaktualniają zawartość buforów cykl działania: bufory zawierają reprezentacje określone przez środowisko lub modułu wewnętrzne rozpoznawane są wzorce w buforach produkcje odpalają - bufory są aktualizowane i gotowe do kolejnego cyklu cykl w mózgu: kora jądra podstawne - kora architektura zakłada przetwarzanie równoległe i szeregowe moduły: paralelizm przetwarzania dwa wąskie gardła przetwarzania: bufor: jedna jednostka wiedzy (chunk) jedna produkcja wybierana jest w jednym cyklu

6 System percepcyjno-motoryczny założenie: poznanie pozostaje pod silnym wpływem procesów percepcyjnych i motorycznych pierwowzory: EPIC (Kieras, Meyer, 1997); Newell et all.: aplikacje związane z interakcją człowiek-komputer dwa moduły widzenia (teoria uwagi wzrokowej): grzbietowy (miejsce) brzuszny (identyfikacja obiektów) produkcja wysyła zapytanie do systemu gdzie w formie ograniczeń (constraint) postaci atrybut-wartość (np.. położenie pionowe: góra); system wizyjny zwraca jednostkę wiedzy reprezentującą miejsce spełniające te ograniczenia dzięki systemowi gdzie ACT zna rozmieszczenie obiektów w środowisku i ich podstawowe własności

7 System percepcyjno-motoryczny produkcja wysyła zapytanie do systemu co - system kieruje uwagę w danym kierunku, przetwarza informacje o obiekcie tam się znajdującym i generuje jedn. wiedzy deklaratywnej reprezentującej dany obiekt 2 poziomy szczegółowości modelu widzenia EMMA (eye movements and movement of attention: Salvucci, 2001) ACT nie przewiduje współdziałania bezpośrednio między modułami, istnieją świadectwa wskazujące na takie powiązania (powiązania S-R)

8 Moduł celów specyfika ludzkiego poznania: nie ucieleśnienie, ale abstrahowanie w sterowaniu i treści na te same bodźce reagujemy odmiennie w zależności od: wiedzy o celu i zdolnościach do wykorzystania systemów poznawczych na potrzeby celu moduł celów odpowiada za śledzenie intencji/celów podmiotu neurobiologicznie wiąże się go z korą przedczołową (część grzbietowoboczna): podtrzymywanie pamięci o celu śledzenie ilości pod-celów (wieża Hanoi) udział bierze wiele regionów; płat ciemieniowy: przechowuje reprezentację problemu istnienie pojedynczego modułu celów przedmiot debaty

9 Moduł pamięci deklaratywnej pamięć odpowiedzialna za długoterminową spójność osobową i kulturową zadanie wyjaśnić stały dostęp do pamięci długotrwałej (procesy aktywacyjne kontrolujące ten dostęp) aktywacja danej porcji wiedzy zależy od: aktywacji poziomu podstawowego (użyteczność w przeszłości), oraz: aktywacji skojarzeniowej (stosowność w danym kontekście) aktywacja kontroluje zarówno prawdopodobieństwo przywołania danego faktu, jak i szybkość przywołania go z pamięci teoria pamięci deklaratywnej wykorzystywana w badaniach nad: pamięcią list, pamięcią implicytną, uczenia się kategoryzacji, przetwarzania zdań jn

10 Pamięć proceduralna koordynacja działania modułów system produkcji PS rozpoznaje wzorce pojawiające się w buforach i decyduje co dalej, by osiągnąć spójność zachowania dzięki czemu SP zachowuje kontrolę i na czym polega adaptacja? z zasady jednocześnie kilka reguł produkcji może naleźć zastosowanie, wybierana jest ta o najwyższej użyteczności, tzn: U = PG C, wartość użyteczności będzie się zmieniać w zależności od kontekstu mechanizmy uczenia się dostosowują wartości P i C P=sukcesy/(sukcesy+porażki), problem: od kiedy liczyć sukcesy i porażki? (pierwsze doświadczenie P: 1 lub 0)

11 Pamięć proceduralna modelują poznanie oczekujemy iż reguł produkcji będzie się podmiot uczył uczenie się przypomina mechanizm chunking z SOAR procedura kompilacji produkcji: weź dwie (pomyślne) produkcje i zbuduj jedną dostarczającą efektów obu łączonych produkcji (nie jest to możliwe w modułach percepcyjno-motorycznych) Szczególny przypadek: pierwsza RP odzyskuje informacje, druga: analizuje je Gdy Nowa jest zestawiona ze Starej1 i Starej2, kiedykolwiek zastosowaniem ma Nowa, ma je również Stara1

12 Integracja modułów Większość zadań poznawczych wymaga zintegrowanych architektur Poza integracją: wykraczanie poza to, co dane Inna cecha architektur: struktura modelu w ACT-R są to założenia dotyczące produkcji i porcji wiedzy (chunks) System elastyczny sam się konfiguruje : Odbiera instrukcje... Konwertowane na reprezentacje deklaratywne Reguły produkcji interpretujące te reprezentacje... Przekształcają instrukcje na zbiór produkcji Wyjaśnia to, jak zbiór instrukcji eksperymentalnych powoduje, iż badany zachowuje się zgodnie z życzeniami eksperymentatora

13 Badania neurobiologiczne Poszukiwanie mózgowych zakotwiczeń pojęć teorii ACT-R Uzyskanie dodatkowych danych do rozwoju teorii Eksperyment: rozwiązywanie algebraicznych równości, np.. postaci: 2P P 2524 P 3534 Rozwiązania wymagały 0, 1 lub 2 transformacji Aktywność wykazywały 3 obszary mózgowe (lewa półkula): przedczołowy (bufor odzyskiwania), obszar motoryczny (bufor manualny) oraz ciemieniowy (bufor wyobrażeniowy jako element bufora celu)

14 Badania neurobiologiczne Model ACT-R: Bufor wyobrażeniowy przechowuje obraz mentalny równości Kodowanie: symbol, następnie symbole na prawo od niego, kodowanie i eliminacja symboli na lewo 6 operacji dla zakodowania równości, dwie operacje by zakodować transformacje Dodatkowo dwie porcje informacji muszą być odzyskane z pamięci (5) Ostatecznie 5 operacji motorycznych Bufor wyobrażeniowy: przechowuje i transformuje stany wewnętrzne

15 Działanie mózgu: Badania neurobiologiczne Obszar motoryczny kontroluje przyciskanie klawiszy Obszar ciemieniowy śledzi transformacje wyobrażonej równości Obszar przedczołowy kontroluje odzyskiwanie z pamięci faktów algebraicznych Jądro ogoniaste (element stariatum) odpowiada za kształtowanie się nowych proceduralnych zdolności

16 Podsumowanie ACT-R to przykład potencjału tkwiącego w architekturach poznawczych raczej niż ostateczna odpowiedź Wyjaśniać ma integrację poznania Trudno przypuszczać, by jakakolwiek teoria była w stanie wyjaśnić całość poznania Cel dodatkowy: nie tylko wyjaśniać dane, ale je przewidywać Postulat otwartości na wyniki takich badań, jak fmri Fałszywe założenie: wszystkie moduły komunikują się ze sobą via centralny system produkcji