Elementy kognitywistyki III: Modele i architektury poznawcze

Elementy kognitywistyki III:
Modele i architektury poznawcze
Wykład VIII:
Architektury poznawcze
(symboliczne) I: ACT
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
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

Architektura ACT-R
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
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

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)
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
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

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)

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

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

Badania neurobiologiczne

Poszukiwanie mózgowych „zakotwiczeń” pojęć teorii ACT-R

Uzyskanie dodatkowych danych do rozwoju teorii

Eksperyment: rozwiązywanie algebraicznych równości, np.. postaci:
②P③4  ②5
②P  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)

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
Badania neurobiologiczne
Działanie mózgu:

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

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
