Tvärvetenskap och
Metodologisk Mångfald
Kognitionsvetenskaplig Introduktionskurs
Mats Andrén, [email protected]
1
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
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
Vad innefattar
kognitionsvetenskapen?
•
Följande discipliner räknas traditionellt som
kognitionsvetenskapens beståndsdelar:
•
Psykologi
•
Artificiell Intelligens (AI)
•
Lingvistik
•
Neurovetenskap
•
Filosofi
•
(Antropologi)
4
The Sloan Report (1978)
5
•
Identifierar kopplingar
mellan olika
delvetenskaper, men inte
varför dessa kopplingar
finns.
•
Hjälper oss inte att förstå
vad varje delvetenskap
bidrar med.
The Sloan Report (1978)
6
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
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
Nivåer (Dahlbäck)
Fysisk och social miljö
Situerad)och)
distribuerad
kognition
Kognition (“the mind”)
Sub2symbolisk)
kognition)/)
neurokognition
Neurologi / biologi
9
Olika tidsskalor
10
Utvecklingsmässiga
tidsskalor
•
Fylogenes (artens utveckling, evolution)
•
Sociogenes (kulturers utveckling)
•
Ontogenes (individens utveckling)
•
Mikrogenes (situationers utveckling)
(Vygkotskij)
11
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
Lokal integrering
•
Två eller flera delvetenskaper:
•
Evolutionär psykologi och psykologiska
resonemang
•
Psykologi och neurologi
•
Lingvistik och datalogi
•
Datalogi och neurologi
•
…
13
Global integrering
•
•
Försöker definiera relationen mellan
•
Olika nivåer av förklaring
•
Olika nivåer av organisation
T.ex:
•
Interteoretisk reduktion
•
Marr’s trenivåmodell
•
Mentala arkitekturer
14
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
David Marr’s trenivåmodell
(1982)
•
•
Beräkningsnivå
•
Vad är målet med informationsbearbetningen?
•
Vilka indata och utdata förväntas?
Algoritmnivå
•
•
Implementationsnivå
•
•
Hur utförs informationsbearbetningen? Dvs hur åstadkommer man rätt typ
av utdata från indata.
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
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
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
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
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
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
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
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
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”
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
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
ämne
datavetenskap
tradition
matematik
studieobjekt
huvudmetoder
mål
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
medicin
människans och djurs
nervsystem
“våta” laborativa
experiment med
människor och djur
kartlägga och förstå
människans och djurs
neurofysiologi
människan i sig
“torra” laborativa
experiment med
människor
kartlägga och förstå
mänskligt tänkande och
beteende
neurovetenskap
psykologi
antropologi
etologi
filosofi, medicin
historia, biologi
zoologi
människor i sin miljö
djur i sin miljö
27
kartlägga och förstå
fältstudier av människor
mänskligt beteende i ett
i sin miljö
sammanhang
fältstudier och
experiment
kartlägga och förstå
djurs beteende i ett
sammanhang
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
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
