Εισαγωγή στη Γνωστική Ψυχολογία/Γνωσιακή Επιστήμη

Στέλλα Βοσνιάδου

Πανεπιστήμιο Αθηνών

Θέματα ορισμού

• Γνωστική ψυχολογία – η εμπειρική μελέτη των γνωστικών διαδικασιών (αντίληψη, μνήμη, γλώσσα, σκέψη) στο πλαίσιο της θεωρίας επεξεργασίας πληροφοριών

• Γνωσιακή επιστήμη- η συνεργασία ανάμεσα στην ψυχολογία και την πληροφορική με σκοπό την δημιουργία υπολογιστικών μοντέλων για την προσομοίωση των γνωστικών λειτουργιών

• Γνωσιακή νευροεπιστήμη- η συνεργασία ανάμεσα στην ψυχολογία, την πληροφορική και τη νευροεπιστήμη για την διερεύνηση της μοριακής φύσης των γνωστικών λειτουργιών (μέσω της χρήσης απεικονιστικών μεθόδων)

Σημαντικές Ημερομηνίες και Πρόσωπα στην Ιστορία της Ψυχολογίας

350 π.Χ.

320 π.Χ

400 μ.Χ.-

1500 μ.Χ.

1650 μ.Χ.

1651 μ.Χ.

Ο Πλάτων προωθεί την έννοια των έμφυτων ιδεών και προτείνει ότι οι ιδέες παριστάνουν την ουσία των πραγμάτων, μια ουσία που μόνο η ψυχή και η νόηση είναι ικανές να κατανοήσουν

Ο Αριστοτέλης βάζει τις βάσεις της συστηματικής και αντικειμενικής παρατήρησης της συμπεριφοράς, θεωρώντας ότι η ψυχή (που στον ανθρωπο παρέχει γνώσεις ορθολογικές και λογικές) δεν μπορεί να υπάρχει χωρίς το σώμα (όπως και το σώμα χωρίς την ψυχή). Από τον Αριστοτέλη έως την εποχή της Αναγέννησης δεν υπάρχει ουσιαστικός προβληματισμός για τα νοητικά φαινόμενα τα οποία συνδέονται με την ψυχή η οποία θεωρείται ως άυλη, ανεξάρτητη και αιώνια (Αυγουστίνος, Θωμάς Ακυινάτης, κλπ).

Οι επιστημονικές ανακαλύψεις του 17ου αιώνα δημιουργούν νέες προϋποθέσεις για την ανάπτυξη των επιστημών του ανθρώπου.Ο René Descartes διατυπώνει την άποψη ότι το σώμα είναι υλικό και λειτουργεί ως μια μηχανή, η οποία όμως ενεργοποιείται από τα πνεύματα της ψυχής που εδράζονται στην επίφυση.

Ο Thomas Hobbes αρνείται την ύπαρξη της ψυχής που δεν βασίζεται στην ύλη.

Πλάτων (427-347 Π.Χ.)Ο Πλάτων θεωρούσε ότι ο κόσμος των ιδεών που αποτελεί την αληθινή γνώση, αποκτάται μόνο μέσω του νου (λογιστικό) και όχι μέσω των αισθήσεων. Μαζί με τον Αριστοτέλη βάζουν τις βάσεις της φιλοσοφικής προσέγγισης των ψυχολογικών φαινομένων.

Ο μηχανισμός του αντανακλαστικού τόξου σύμφωνα με τον Descartes

Οι δυϊστικές απόψεις του Καρτέσιου

Ο Καρτέσιος εφηύρε την ψυχολογική θεωρία του αντανακλαστικού τόξου. Σύμφωνα με αυτή το είδωλο του τόξου όπως φαίνεται στην εικόνα μεταφέρεται μέσω των αισθητηρίων οργάνων και των οπτικών νεύρων στον εγκέφαλο. Εκεί το αντεστραμμένο είδωλο επαναστρέφεται μέσα στο οπτικό χίασμα και μετά μεταφέρεται στην επίφυση. Οι νευρώνες του κινητικού συστήματος δέχονται "πνεύματα" από την επίφυση, η ένταση των οποίων εξαρτάται από την ένταση του οπτικού ερεθίσματος. Ο Καρτέσιος θεωρούσε πως ο μηχανισμός ενεργοποίησης των νευρώνων μέσω των "πνευμάτων" ήταν ανεξιχνίαστος.

Η σημασία της εμπειρίας

• Οι Βρετανοί εμπειριστές (Locke,Hume,John Stuart Mill ) τονίζουν τη σημασία της εμπειρίας μέσω των αισθήσεων ως πηγή γνώσεων. Ο θεωρεί ότι ο άνθρωπος κατά τη γέννηση του είναι ένας άγραφος χάρτης και ότι οι ιδέες που αποτυπώνονται στον εγκέφαλο μέσω των αισθητηρίων οργάνων δίνουν περιεχόμενο στην ψυχή. Συμφωνεί όμως με τον Καρτέσιο στη θεώρηση των ιδεών ως ένα είδος εσωτερικής εμπειρίας που μπορεί να γίνει αντικείμενο αυτόεξέτασης.

Οι νόμοι της σύνδεσης των ιδεών

• John Stuart Mill (1806-1873)• Θεωρούσε ότι οι σκέψεις και τα αισθήματα έχουν

αίτια και ακολουθούν νόμους (τους νόμους του συνειρμού των ιδεών του Hume ) οι οποίοι μπορούν να ανακαλυφθούν (π.χ., οι νόμοι της σύνδεσης και της ισχύος) Η ψυχολογία είναι η επιστήμη που πρέπει να ανακαλύψει τους νόμους της νοητικής χημείας (σύνδεσης ατομικών στοιχείων σε σύνολα).

Οι ανακαλύψεις των φυσιολόγων του 19ου αιώνα

• Galvani, Muller, Helmholtz, Weber, Fechner• Ανακαλύψεις στο χώρο της φυσιολογίας

προωθούν την ανάπτυξη του ψυχολογικού υλισμού και μονισμού. Οι φυσιολόγοι ανακαλύπτουν ότι η νευρική μεταβίβαση πληροφοριών έχει τη μορφή ηλεκτρικού σήματος, μιας ηλεκτρικής ώσης. Ο αναπτύσσει χρονομετρικά πειράματα για να μετρήσει την ταχύτητα των νευρικών ώσεων.

Σημαντικές Ημερομηνίες και Πρόσωπα στην Ιστορία της Ψυχολογίας

1690 μ.Χ.

1859 μ.Χ.

1879

1885 

1890

Ο John Locke προτείνει ότι το ανθρώπινο μυαλό είναι ένας “λευκός χάρτης”κατά τη γέννηση και ότι όλη η γνώση προσλαμβάνεται μέσω των αισθήσεων.

O Charles Darwin δημοσιεύει το βιβλίο του “Origin of Species”, στο οποίο περιγράφεται η θεωρία της εξέλιξης μέσω του μηχανισμού της φυσικής επιλογής. Η θεωρία αυτή είχε και συνεχίζει να έχει μια μεγάλη επίδραση στη διαμόρφωση θεωριών για τα ψυχολογικά φαινόμενα.

Ο Wilhem Wund ιδρύει το πρώτο Ψυχολογικό Εργαστήριο στο Πανεπιστήμιο της Λειψίας, στη Γερμανία.

Ο Hermann Ebbinghaus αρχίζει τις πρώτες συστηματικές πειραματικές μελέτες της μνήμης, αρχίζοντας από τον εαυτό του ως υποκείμενο μελέτης.

Ο William James περιγράφει τις βάσεις του Λειτουργισμού στο βιβλίο του “Principles of Psychology” στις ΗΠΑ.

Τα νοητικά φαινόμενα στην ψυχολογία-Δομισμός

• Wilhem Wund (1832-1920)• Συνειδητή ψυχολογική εμπειρία – άμεση

εμπειρία του κόσμου• Μέθοδος της ενδοσκόπησης• Συνείδηση – ουσία που μπορεί να αναλυθεί

σε επιμέρους απλές ενότητες – δομισμός προσπαθεί να ανακαλύψει τη δομή της συνείδησης

Wilhem Wundt (1832-1920)

Λειτουργισμός

• William James (1842-1910)

• Προτείνει να προσεγγίσει την συνείδηση ως μία λειτουργία του γνωστικού συστήματα και ασκεί κριτική στην δομιστική ψυχολογία του Wund

William James (1842-1910)

Σημαντικές Θεωρητικές Σχολές στην Ψυχολογία

Wilhelm Wundt William James Max WertheimerKurt KöfkaWolfgang Kohler Sigmud Freud John WatsonBurrhus F. Skinner George Miller Gerome BrunerAlan NewellHerb SimonNoam Chomsky

1832 - 1920 1842 - 1910 1880 - 19431886 - 19411897 - 1967 1856 - 1939 1878 - 19581904 - 1990  1956 και μετά

Δομισμός Λειτουργισμός 

Μορφολογική Ψυχολογία   Ψυχανάλυση 

Συμπεριφορισμός  Γνωστική Ψυχολογία/

Γνωσιακή Επιστήμη

Σημαντικές Ημερομηνίες και Πρόσωπα στην Ιστορία της Ψυχολογίας

1898

1900

1905

1906

1912

1929

Ο Edward Thorndike παρουσιάζει τα πρώτα πειράματα σχετικά με τη μάθηση στα ζώα και διατυπώνει το νόμο του αποτελέσματος.

Ο Sigmund Freud εκδίδει το βιβλίο του "The Interpretation of Dreams” και παρουσιάζει τις ιδέες του σχετικά με την ψυχανάλυση.

O Alfred Binet και ο Theodore Simon κατασκευάζουν τις πρώτες δοκιμασίες νοημοσύνης.

Ο Ιvan Pavlov δημοσιεύει τα πρώτα αποτελέσματα των μελετών του σχετικά με την εξαρτημένη μάθηση (κλασική εξάρτηση).

O Max Wertheimer εισάγει τη μορφολογική ψυχολογία (Gestalt psychologer).

O Karl Lashley δημοσιεύει το βιβλίο "Brain Mechanisms and Intelligence".

Ψυχανάλυση και το ασυνείδητο

Η ψυχανάλυση άρχισε εδώ στο γραφείο του Sigmund Freud. Για να βοηθήσει τους ασθενείς του να ηρεμήσουν, ο Freud τους ξάπλωνε σε αυτό τον καναπέ και μιλούσαν για τον εαυτό τους και τα συναισθήματά τους, ενώ εκείνος καθόταν σε κάποιο σημείο του δωματίου, έτσι ώστε να μην τον βλέπουν.

Sigmud Freud

Μπηχαβιορισμός

• Προβλήματα αξιοπιστίας των ψυχολογικών προσεγγίσεων που βασίζονται στην ενδοσκόπηση

• Κάτω από την επίδραση του θετικισμού, οι ψυχολόγοι προσπαθούν να δημιουργήσουν μία αντικειμενική επιστήμη της ψυχολογίας που να βασίζεται σε μετρήσιμα δεδομένα.

Η ψυχολογία ως μελέτη της συμπεριφοράς

• Η συμπεριφορά είναι αντίδραση σε ερεθίσματα του εξωτερικού περιβάλλοντος. Η πολυπλοκότητα της συμπεριφοράς βασίζεται στη σύνδεση (μυϊκών) αντιδράσεων και ερεθισμάτων μέσω του νόμου του αποτελέσματος ή της ενίσχυσης.

Μοντέλο Αντανακλαστικού τόξου

Το μοντέλο του ιεραρχικού αντανακλαστικού τόξου του Sherrington στηρίζει το ερευνητικό πρόγραμμα των

Μπηχαβιοριστών

John Watson (1878-1958)

Ο Watson, ο ιδρυτής του μπηχαβιορισμού.

Η κριτική του Karl Lashley oδηγεί τον

Skinner στην αποσύνδεση του συνδετισμού

από το μοντελο του Sherrington και

επηρεάζει την αναδυόμενη Γνωστική

Ψυχολογία

Miller, Gallanter and Pribram – “Plans and

the Structure of Behavior”

B. F. Skinner (1904-1990)

O Skinner κατασκευάζει το μοντέλο ενός κουτιού του Skinner

Η μορφολογική ψυχολογία (Gestalt)

• Max Wertheimer, Wolfgang Kohler, Kurt Koffka

• Οι ανώτερες ψυχολογικές διεργασίες αποτελούνται από σχηματοποιημένα σύνολα και όχι από ακολουθίες απλών αισθητηριακών αντιλήψεων ή αντιδράσεων

Λύση προβλημάτων στα πλαίσια της μορφολογικής ψυχολογίας

Σ' αυτή την εικόνα απεικονίζονται τρία εντυπωσιακά παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων από χιμπατζήδες. Στην εικόνα (Α) το ζώο στερέωσε ένα κοντάρι ύψους δεκαπέντε ποδιών στο έδαφος, σκαρφάλωσε στην κορυφή και κατέβηκε κάτω αφού άρπαξε το φρούτο. Στην εικόνα (Β) στοίβαξε δύο κουτιά από διαφορετικές περιοχές του χώρου, σκαρφάλωσε στην κορυφή και χρησιμοποίησε ένα κοντάρι για να ρίξει κάτω το φρούτο. Στην εικόνα (Γ) ο χιμπατζής στοίβαξε τρία κουτιά και σκαρφάλωσε για να φτάσει το φρούτο.

Σημαντικές Ημερομηνίες και Πρόσωπα στην Ιστορία της Ψυχολογίας

1938

1949

1954

O B.F. Skinner δημοσιεύει το βιβλίο του "Operant Conditioning", στο οποίο παρουσιάζει τις έρευνες του σχετικά με τη λειτουργική εξάρτηση.

Ο Donald Hebb, στο βιβλίο του "Organization of Behaviour” παρουσιάζει μια θεωρία, η οποία κλείνει το χάσμα ανάμεσα στη νευροφυσιολογία και την ψυχολογία.

Ο Ελβετός ψυχολόγος Jean Piaget δημοσιεύει το βιβλίο του "The Construction of Reality in the Child" βάζοντας έτσι τις βάσεις της μελέτης της γνωστικής ανάπτυξης.

Σημαντικές Ημερομηνίες και Πρόσωπα στην Ιστορία της Ψυχολογίας

1957

1958

1979

Ο Noam Chomsky δημοσιεύει τη γλωσσολογική του θεωρία στο βιβλίο "Syntectic Structures", αρχίζοντας μια επανάσταση στη προσέγγιση και μελέτη της γλώσσας και της ψυχογλωσσολογίας.

Ο Herbert Simon δημοσιεύει το βιβλίο "Elements of a Theory of Human Problem Solving" και βάζει τις βάσεις για την ανάπτυξη της Γνωσιακής Επιστήμης και Τεχνητής Νοημοσύνης.

Το περιοδικό Cognitive Science και η Εταιρία Cognitive Science ιδρύονται, και προωθείται η έρευνα σχετικά με τις αναπαραστασιακές και υπολογιστικές ικανότητες του ανθρώπινου νου.

Οι αναπτυξιακές θεωρίες του Πιαζέ και του Βιγκότσκι

• Ο Πιαζέ ανέπτυξε ένα λογικο-μαθηματικό μοντέλο για την περιγραφή της ανάπτυξης της σκέψης του ανθρώπου, δεν μπόρεσε όμως να ανακαλύψει μία μεθοδολογία που να μπορεί να οδηγεί σε αξιόπιστα συμπεράσματα για τις υποκείμενες νοητικές δομές από την παρατήρηση της εξωτερικής συμπεριφοράς.

• Ο Βιγκότσι τόνισε ότι μια εξήγηση των νοητικών λειτουργιών πρέπει να συμπεριλαμβάνει α) τον προσδιορισμό των νευροφυσιολογικών μηχανισμών, β) την αναπτυξιακή τους ιστορία, και γ) τις επιδράσεις του κοινωνικού και πολιτισμικού πλαισίου

Η στροφή στην Γνωστική Ψυχολογία και την Γνωσιακή Επιστήμη είναι ένα πολύπλοκο αποτέλεσμα μιας σειράς σημαντικών ανακαλύψεων σε διαφορετικούς επιστημονικούς τομείς όπως:

• Μαθηματικά

• Πληροφορική

• Γλωσσολογία

• Ψυχολογία

• Νευροεπιστήμες

Νευροεπιστήμες

• Pierre Paul Broca

• Karl Wernicke

• Karl Lashley

• Donald Hebb

Το μοντέλο Wernicke-Geschwind

Η ακολουθία των γεγονότων όταν μια λέξη παρουσιάζετα και το άτομο επαναλαμβάνει τη λέξη σε φωνηματική μορφή: Νευρικές ώσεις στέλνονται από το αυτί στην κύρια ακουστική περιοχή, αλλά η λέξη δεν μπορεί να γίνει κατανοητή πριν μεταφερθεί το σήμα στην περιοχή του Wernicke. Στην περιοχή του Wernicke η ακουστική μορφή της λέξης ανευρίσκεται και μεταφέρεται μέσω μιας δέσμης νευρικών ινών στην περιοχή του Broca. Στην περιοχή του Broca ενεργοποιείται ένας αρθρωτικός κώδικας για τις λέξεις, ο οποίος με τη σειρά του καθοδηγεί την κινησιακή περιοχή. Η κινησιακή περιοχή οδηγεί τα χείλη, τη γλώσσα και το λάρυγγα να παράγουν τη φωνούμενη λέξη. Στο δεξί σχήμα, μια γραμμένη λέξη παρουσιάζεται και το άτομο εκφωνεί τη λέξη. Το οπτικό εισερχόμενο στο μάτι αρχικά μεταφέρεται στην κύρια οπτική περιοχή και μετά μεταβιβάζεται στη γωνιώδη έλικα. Η γωνιώδης έλικα συνδυάζει την οπτική μορφή της λέξης με τον ανάλογο ακουστικό κώδικα στην περιοχή του Wernicke. Μόλις ο ακουστικός κώδικας ανευρίσκεται και η σημασία της λέξης αναγνωρίζεται, η εκφώνηση της λέξης επιτυγχάνεται μέσω της ίδιας ακολουθίας γεγονότων όπως και προηγουμένως.

Γνωστική Ψυχολογία

• Θεωρία Επεξεργασίας Πληροφοριών

Colin Cherry

Donald Broadbent

George Miller

Jerome Bruner

Το βασικό θεωρητικό πλαίσιο της γνωστικής ψυχολογίας/γνωσιακής

επιστήμης

• Ο νους είναι ένα σύστημα επεξεργασίας συμβόλων το οποίο υπόκεινται σε περιορισμούς που εξαρτώνται από το νευρο-φυσιολογικό υπόστρωμα

• Οι γνωστικές διαδικασίες έχουν χρονική διάρκεια

• Πληροφορίες από τον έξω κόσμο μετατρέπονται σε συμβολικές αναπαραστάσεις, γίνονται αντικείμενο εσωτερικής επεξεργασίας και καταλήγουν σε κάποια αντίδραση/απάντηση

Ένα Απλό Σύστημα Επεξεργασίας Πληροφοριών

Μαθηματικά και Πληροφορική

• Alan TuringWarren McGulloch and Walter Pitts

• Norbert Wiener • Claude Shannon – Warren Weaver

John von Newmann

• Βάζουν τις βάσεις της αναλογίας ανάμεσα σε λογική, νευρικό σύστημα και ηλεκτρικά κυκλώματα

Η μηχανή του Turing

• Ο Alan Turing ανέπτυξε την ιδέα μιας απλής μηχανής -της καθολικής μηχανής Turing - η οποία μπορούσε να εκτελέσει οποιοδήποτε υπολογισμό εφόσον έχουν εκφραστεί ξεκάθαρα τα βήματα που είναι αναγκαία για να εκτελεστεί αυτός ο υπολογισμός.

• Η ανακάλυψη του Turing είχε μεγάλη σημασία γιατί έδειξε πως μια απλή μηχανή που αποτελείτο μόνο από ένα διπλό κώδικα (μηδέν και ένα) ήταν δυνατό να εκτελέσει ένα απεριόριστο αριθμό προγραμμάτων.

• Με τον τρόπο αυτό ο Turing κατάφερε να συνδέσει την αφηρημένη έννοια του υπολογισμού με τις συγκεκριμένες διαδικασίες μιας μηχανής

Η σχέση ανάμεσα σε προτασιακή λογική και στους νευρώνες

• Οι McCulloch και Pitts (1943) δείχνουν πως η λειτουργία των νευρώνων και η σύνδεσή τους με άλλους νευρώνες θα μπορούσε να ιδωθεί με τους όρους της προτασιακής λογικής. Οι νευρώνες θα μπορούσαν να συλληφθούν ως εκφράσεις της προτασιακής λογικής και η ιδιότητα της όλον ή ουδέν της νευρικής μετάδοσης να εξισωθεί με το ορθό-λάθος της προτασιακής λογικής.

• Στην περίπτωση αυτή η διέγερση ενός κυττάρου που οδηγεί στην πυροδότηση ενός άλλου μπορεί να συγκριθεί με την κατάσταση στη λογική όπου μια λογική έκφραση Α οδηγεί στη Β και όχι στη Γ και ούτω καθεξής

McCulloch και Pitts (1943)

Γενικά απέδειξαν ότι κάθε πεπερασμένη έκφραση του προτασιακού λογισμού μπορεί να υπολογιστεί από κάποιο νευρικό δίκτυο, και επιπλέον ότι η αναλογία ανάμεσα στη λειτουργία των αλληλοσυνδεόμενων νευρώνων και της λογικής μπορεί να μεταφερθεί στο επίπεδο των ηλεκτρικών κυκλωμάτων δηλ. ως σήματα που είτε περνούν είτε όχι από ένα κύκλωμα.

Η κατασκευή των πρώτων υπολογιστών

• O John von Newmann κατασκεύασε ένα νέο είδος υπολογιστή, ο οποίος λειτουργούσε ακολουθώντας τις οδηγίες ενός προγράμματος, το οποίο ήταν αποθηκευμένο στη μνήμη του και που "έλεγε στον υπολογιστή τι να κάνει". Με τον τρόπο αυτό δεν ήταν ανάγκη για τη μηχανή να ξαναπρογραμματιστεί για να αντιμετωπίσει τις ανάγκες ενός νέου έργου. Απλώς επέστρεφε στο βασικό πρόγραμμα και επέλεγε να εκτελέσει μια νέα ρουτίνα.

• Οι νέοι υπολογιστές δεν ήταν πια απλοί εκτελεστές αριθμητικών πράξεων αλλά πολύπλοκοι επεξεργαστές συμβόλων, οι οποίοι μπορούσαν να προγραμματιστούν για να επεξεργαστούν διάφορες ανθρώπινες συμβολικές λειτουργίες, όπως αυτές της γλώσσας και της λύσης προβλημάτων.

Γνωσιακή Επιστήμη

• Herbert Simon

• Alan Newell

• Noam Chomsky

• George Miller

Herb Simon

The Sciences of the Artificial• Η ιδέα της λειτουργικής εξήγησης• Εσωτερικό περιβάλλον – εξωτερικό

περιβάλλον• Μπορούμε να προβλέψουμε το εσωτερικό

περιβάλλον αν ξέρουμε α) τις καταστάσεις του εξωτερικού περιβάλλοντος και β) τους σκοπούς του συστήματος

• Θεωρία εξέλιξης - ορθολογισμός

Μπορεί η προσομοίωση να αποτελέσει πηγή νέας γνώσης;

Βοηθάει στη διερεύνηση όλων των επιπτώσεων μιας θεωρίας

Βοηθάει στη δημιουργία υποθέσεων για το πώς λειτουργεί ένα σύστημα

Βοηθάει να καταλάβουμε πώς ένα σύστημα δουλεύει σε συνεργασία με άλλα συστήματα

Η αρχιτεκτονική του ΑCT*

H αρχιτεκτονική του SOAR

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ

 ΑΝΑΛΟΓΙΑ ΝΟΥ / ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ  ΝΟΥΣ / ΕΓΚΕΦΑΛΟΣ – ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ / ΜΗΧΑΝΗ

ΒΑΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝΠΡΟΓΡΑΜΜΑ

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ  

 ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΕΙΣ

ΝΟΥΣΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ / ΓΝΩΣΤΙΚΕΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ

1) Υπολογιστικό Επίπεδο: Σκοπός του υπολογισμού, γιατί είναι κατάλληλος, ποιά είναι η λογική της στρατηγικής που προτείνεται (σχέδιο του προγράμματος).

2) Αλγοριθμικό Επίπεδο: Πώς μπορεί η υπολογιστική θεωρία να υλοποιηθεί - Ποιοί είναι οι αλγόριθμοι για την αναπαράσταση και επεξεργασία των δεδομένων (Διαδικασίες, μηχανισμοί).

3) Υλικό Επίπεδο: Πώς οι αναπαραστάσεις και διαδικασίες υλοποιούνται σε μία μηχανή

Επίπεδα Ανάλυσης Θεωριών του Marr

Sejnowski and Churcland To πρόβλημα της Τυπικότητας – ένας αλγόριθμος μπορεί να

υλοποιηθεί σε μηχανές με διαφορετική αρχιτεκτονική, άρα ο αλγόριθμος είναι ανεξάρτητος από την υλοποίηση Το πρόβλημα της Ανακάλυψης –ποιος είναι ο καλύτερος τρόπος να ανακαλύψουμε τον αλγόριθμο που χρησιμοποιεί μία συγκεκριμένη μηχανή

-αχανής υπολογιστικός χώρος-πρόβλημα της ισοτιμίας των υλοποιήσεων, δεδομένων των

διαφορών τους σε ταχύτητα, αποτελεσματικότητα, απλότητα, κλπ.Η γνώση της αρχιτεκτονικής του εγκεφάλου όχι μόνο δεν είναι

άσχετη με την έρευνα στη γνωσιακή επιστήμη, αλλά μπορεί να αποτελέσει την ουσιαστική βάση και τον ανεκτίμητο καταλύτη για να επινοηθούν κατάλληλοι και ισχυροί αλγόριθμοι που να έχουν αρκετές πιθανότητες να εξηγήσουν πώς λειτουργούν πραγματικά

Συνδετισμός

• Από τη μεταφορά του νου ως υπολογιστή στη μεταφορά του υπολογιστή ως εγκεφάλου

• “Oταν εξετάζουμε πραγματικά διαφορετικές αρχιτεκτονικές, παρατηρούμε ότι η διαφορετική αρχιτεκτονική κάνει μεγάλη διαφορά. Αυτή είναι που καθορίζει ποια είδη αλγορίθμων εκτελούνται ευκολότερα… Είναι λοιπόν λογικό να ξεκινήσουμε ρωτώντας τι γνωρίζουμε για την αρχιτεκτονική του εγκεφάλου και πως θα μπορούσε να σχηματίσει αλγόριθμους που βρίσκονται πίσω από τη βιολογική νοημοσύνη και την ανθρώπινη νοητική δραστηριότητα”(David Rumelhart, 1989)

Ένα πολυεπίπεδο συνδετιστικό δίκτυο με ένα επίπεδο ενοτήτων εισόδου, ένα επίπεδο ενοτήτων εσωτερικών αναπαραστάσεων ή κρυφών ενοτήτων και ένα επίπεδο ενοτήτων εξόδου. David E. Rumelhart & James L. McClelland , 1986)

Το Ερευνητικό Πρόγραμμα τουStephen Kosslyn

Χρονομετρικά πειράματα νοητικής σάρωσης

Υπολογιστικό μοντέλο για τη δημιουργία νοητικών εικόνων

Νευροψυχολογικές μελέτες με τη χρήση του PET για τον εντοπισμό της επεξεργασίας νοητικών εικόνων στον εγκέφαλο

An example of the materials used in mental scanning experiments. Subjects had to image a black dot moving from one point on the map to another (points indicated by the x-ed features). Adapted from Ghosts in the mind’s machine: Creating and using images in the brain by Stephen Kosslyn. Reproduced by permission of the author. Copyright 1983 by Stephen M. Kosslyn.

Η Θεωρία των Νοερών Εικόνων του Kosslyn

• Οι οπτικές νοερές εικόνες αναπαριστάνονται σε ένα ειδικό,

χωρικό διάμεσο.

• Το χωρικό διάμεσο έχει τέσσερις ουσιώδεις ιδιότητες: (α)

λειτουργεί ως ένα διάστημα, με περιορισμένα όρια, έχει ένα

συγκεκριμένο σχήμα και μια ικανότητα να απεικονίζει

χωρικές σχέσεις, (β) η περιοχή της υψηλότερης ανάλυσης

βρίσκεται στο κέντρο του, (γ) το διάμεσο έχει μια υφή που

αγνοεί λεπτομέρειες στις "μικρές" εικόνες, (δ) από τη στιγμή

που η εικόνα έχει δημιουργηθεί στο διάμεσο αρχίζει να

εξασθενεί.

Η μακρόχρονη μνήμη περιλαμβάνει δύο είδη δομών

δεδομένων: εικονικά αρχεία (image files) και προτασιακά

αρχεία (propositional files). Τα εικονικά αρχεία περιέχουν

αποθηκευμένες πληροφορίες σχετικά με το πώς οι εικόνες

αναπαριστάνονται στο χωρικό διάμεσο και έχουν ένα

αναλογικό σχήμα. Τα προτασιακά αρχεία περιέχουν

πληροφορίες σχετικά με τα μέρη των αντικειμένων, πως αυτά

τα μέρη σχετίζονται το ένα με το άλλο και είναι σε ένα

προτασιακό σχήμα. Τα εικονικά αρχεία και τα προτασιακά

αρχεία είναι συχνά μαζί συνδεδεμένα.

Μια ποικιλία διαδικασιών χρησιμοποιούν τα εικονικά αρχεία,

τα προτασιακά αρχεία και το χωρικό διάμεσο για να

παράγουν, να ερμηνεύουν και να μετασχηματίζουν τις εικόνες.

Περιοχή της υψηλότερης ανάλυσης

Σχεδιάγραμμα του υπολογιστικού μοντέλου των νοερών εικόνων του Kosslyn. Οι εικόνες δημιουργούνται και επεξεργάζονται (χρησιμοποιώντας τις διαδικασίες εικόνα, περιστροφή, SCAN, και μετασχηματισμό) στην υψηλότερη περιοχή της ανάλυσης στο χωρικό διάμεσο χρησιμοποιώντας τις πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες στα εικονικά αρχεία και στα προτασιακά αρχεία στη μακρόχρονη μνήμη.

Εικονικά Αρχεία

Χωρικό Διάμεσο

Περιστροφή Εικόνα

Προτασιακά Αρχεία

Ανάλυση Μετασχηματισμός

PET scans can be used to show localization of function within the brain. This three-dimensional PET scan shows the metabolic activity within the brain during a hand exercise. The exercise involved moving the fingers of the right hand. The front of the brain is at the left. The most active area appears white; this is the motor cortex in the cerebral cortex where movement is coordinated. Photo credit: Montreal Neurological Institute/McGill University/CNRI/Science Photo Library.

Κριτική του προγράμματος της γνωσιακής επιστήμης

• 1. Σχέση με νευροφυσιολογικό υπόστρωμα

• 2. Συναισθήματα, και qualia

• 3. Σχέση με εξωτερικό κόσμο (κατανεμημένη νόηση)