Analiza sistemului cognitiv
Definirea sistemului cognitiv
Niveluri de analiza ale sistemului cognitiv
Definirea sistemului cognitiv
Definitie Un sistem cognitiv este un sistem fizic care poseda doua proprietati:
de reprezentare
de calcul.
Din definitie rezulta ca nu exista un sistem cognitiv independent de orice structura fizica.
Asa cum nu exista o informatie pura, independenta de orice suport material, nu exista nici un sistem cognitiv eliberat de orice constrāngere impusa de legile fizicii.
Un calculator, un sistem de inteligenta artificiala, creierul uman sunt sisteme cognitive realizate de structuri fizice diferite.
Dependenta sistemului cognitiv de o structura materiala nu īnseamna ca este vorba de o dependenta stricta: o prelucrare de informatie este īntotdeauna executata de un sistem fizic, dar nu de un sistem fizic anume, infailibil determinat.
Ex: O operatie logica poate fi executata de 151i86b o retea neuronala, de o retea de cipuri de siliciu, de supraconductori de tuburi hidraulice.
Asadar, acelasi sistem cognitiv sau acelasi tip de procesare a informatiei poate fi implementat īn sisteme fizice total diferite.
Nu orice sistem fizic este un sistem cognitiv, ci doar acele sisteme care au o capacitate de reprezentare de calcul.
Reprezentarea este o reflectare īntr-un mediu intern a realitatii exterioare.
Ex: cu mediul extern: relatia dintre culoarea verde a semaforului si trecerea masinilor pe strada. Culoarea verde implica o relatie de conditionare īntre simbolul culorii verde a semaforului si simbolul masinilor trecānd pe strada. Avem deci o relatie sistematica si simbolica īntre mediul extern ce trebuie reprezentat si cel intern īn care are loc reprezentarea.
Esential īn stabilirea unei reprezentari este stabilirea unei relatii sistematice īntre domeniul ce trebuie reprezentat si mediul intern īn care este reprezentat. Fara o reflectare interna a mediului extern un sistem nu se poate orienta īn spatiu, nu poate da dovada de inteligenta. El ar fi la cheremul legilor fizice care guverneaza mediul.
Ex: Pentru a rezolva o problema noi trebuie sa ne reprezentam ce se da si ce se cere precum si procedura prin care putem ajunge de la datele problemei la solutia acesteia. Problema sau situatia problematica este obiectiva. Pentru ca sa o rezolvam, trebuie sa ne-o reprezentam īn mintea noastra. Aceasta reprezentare este similara, dar nu este identica cu enuntul problemei sau cu situatia problematica din afara noastra. Exista īnsa o relatie sistematica īntre variabile interne si referentul lor extern, ceea ce face ca cele din urma sa fie reprezentari ale celor dintāi.
Reprezentarile utilizate de sistemul cognitiv uman pot sa fie simbolice (imagini, continuturi semantice etc.) sau subsimbolice (pattern-uri de activare ale retelelor neuronale).
Calculul, cealalta proprietate de care trebuie sa dispuna un sistem fizic cognitiv, consta īn manipularea reprezentarilor pe baza unor reguli.
Daca reprezentarile sunt simbolice, atunci avem de-a face cu reguli de manipulare a simbolurilor. Ex: Regulile de efectuare a operatiilor matematice, regulile sintactice sau gramaticale, reguli semantice, reguli pragmatice etc. sunt reguli pe baza carora realizam diverse combinatii de simboluri.
Daca reprezentarile sunt subsimbolice sau neuromimetice, avem de-a face cu reguli de modificare a valorilor de activare.
Corespunzator celor doua tipuri de reprezentari si de reguli au fost dezvoltate doua tipuri de modelari īn stiintele cognitive:
clasic-simbolice si
neuromimetice.
Modelul sau paradigma clasic-simbolica are urmatoarea teza principala: cunostintele si implicit starile de lucru corespunzatoare, sunt reprezentate īn sistemul cognitiv prin simboluri sau structuri simbolice.
Modelul neuromimetic porneste de la ideea ca activitatea cognitiva poate fi explicata pe baza unor modele de inspiratie neuronala. Altfel spus, o retea neuromimetica poate realiza calcule logice.
Rezulta din cele mai sus mentionate ca nu caracteristicile fizice sunt determinante pentru un sistem cognitiv ci capacitatea sa de reprezentare a mediului si de a efectua calcule cu aceste reprezentari.
Reprezentarea si calculul sunt trasaturile necesare si suficiente pentru ca un sistem fizic sa posede inteligenta
Fundamentata īn interiorul stiintelor cognitive, psihologia cognitiva adopta aceeasi definitie a sistemului cognitiv uman, ca obiect de cercetare specific.
Niveluri de analiza ale sistemului cognitiv
Sa presupunem ca suntem īn situatia de a demonstra o teorema logica simbolica īntr-o multime de axiome. Explicarea comportamentului nostru īntr-o astfel de sarcina reclama o analiza multinivelara.
- Mai īntāi, trebuie analizata sarcina respectiva: ce se da si ce se cere, ce reguli de deductie se pot folosi, ce relatie este īntre input (axiome) si output (teorema de demonstrat). Aceasta este o analiza computationala.
- Īn al doilea rānd se impune investigarea bazei de cunostinte a subiectului, adica o analiza a nivelurilor intentiilor si cunostintelor sale: daca cunoaste semnificatia simbolurilor utilizate, daca cunoaste regulile si deductiile necesare, daca stie ce este o axioma, si ce este o teorema, daca a īnteles sarcina etc.
- Īn al treilea rānd ne intereseaza cum anume si-a reprezentat subiectul sarcina respectiva (sub forma imagistica sau lingvistica, seriala sau īn paralel) si care este algoritmul sau procedura pe care o urmeaza pentru a ajunge de la input la output.
Īn fine, ne intereseaza care sunt ariile corticale implicate si ce procese neurobiologice au loc īn momentul efectuarii sarcinii.
Orice alta sarcina poate fi luata ca exemplu, de la o problema de geometrie sau la rezolvarea unei matrici din testul Raven.
Abordarea multinivelara este necesara nu numai pentru explicarea comportamentului uman, ci si pentru īntelegerea sau proiectarea oricarui sistem cognitiv.
Asadar, orice sistem cognitiv, deci implicit cel uman, poate fi analizat la cel putin patru niveluri:
nivelul cunostintelor
nivelul computational;
nivelul reprezentational-algoritmic;
nivelul implementational
Nivelul cunostintelor
Pentru a īntelege comportamentul unui sistem cognitiv trebuie investigata baza de cunostinte pe care o poseda si scopurile sa intentiile de care este animat.
Cea mai mare parte a comportamentului nostru cotidian poarta amprenta relatiei dintre scopuri si cunostintele de care dispunem. Cunostintele si scopurile nu epuizeaza toata complexitatea comportamentului uman, dar constituie un factor esential īn explicarea acestuia. Evident, scopurile si cunostintele nu epuizeaza toata complexitatea comportamentului uman, dar constituie un factor esential īn explicarea acestuia, mai ales deciziile pe care le ia subiectul sunt dependente de intentionalitatea si cunostintele sale.
Cunostintele subiectului survin din mai multe surse:
enuntul problemei;
experienta imediata sau de lunga durata cu acest tip de sarcina;
deprinderile dobāndite;
socializarea si altele.
Comportamentele sau mecanismele psihice pe care le are subiectul se numesc
cognitiv - penetrabile.
Ex: recunoasterea unei litere se realizeaza mai rapid daca ea este reprezentata īntr-un cuvānt cu sens, decāt īntr-o combinatie lingvistica fara sens.
Nu numai comportamentul normal ci si cel patologic este reglat de cunostintele subiectului. Comportamentul fobic de exemplu se poate ameliora sau īnrautati datorita cunostintelor pe care le are pacientul. Terapia cognitiva consta tocmai īn modificarea schemelor cognitive ale subiectului sau a convingerilor sale eronate.
Comportamentele sau procesarile cognitive care nu sunt influentate de cunostintele de cere dispune subiectul sau de intentiile sale se numesc cognitiv - impenetrabile.
Ex: Extragerea contururilor unui obiect pe baza variatiei intensitatii luminii nu depinde de cunostintele pe care le are subiectul.
Prelucrarea stimulilor de catre sistemul cognitiv uman se realizeaza pornind de la caracteristicile sale fizice sau de la suprafata (culoarea, textura, contururile) spre caracteristicile sale semantice sau functionale (categoria din care face parte, functia pe care o are un scenariu dat).
Acest tip de procesari, de la palierele periferice ale sistemului cognitiv spre cele centrale, poarta numele de analiza ascendenta a stimulului. Ea este impregnata de caracteristicile fizice ale stimului, precum si de proprietatile modulelor cognitive periferice.
Procesarile de la baza de cunostinte a subiectului spre datele fizice ale stimulului sunt cunoscute sub numele de analiza descendenta. Ea este generata de baza de cunostinte ale subiectului si ne explica de ce recunoasterea cuvāntului respectiv se face mai usor daca este plasat īntr-o propozitie cu sens, decāt īntr-una lipsita de semnificatie sau de ce caracteristicile fetei umane sunt recunoscute mai rapid daca sunt plasate īn contextul figurii umane, decāt daca sunt reprezentate independent.
Nivelul computational
Atāt sistemul cognitiv uman īn integritatea sa, cāt si subsistemele componente sunt confruntate cu o serie de sarcini pe care trebuie sa le rezolve.
Una dintre modalitatile de analiza ale sistemelor cognitive porneste de la analiza sarcinii pe care acestea o au de executat. Analiza sarcinii vizeaza descompunerea ei īn componente simple si stabilirea relatiei dintre datele de intrare si datele de iesire. Pentru diverse componente ale sarcinii sunt implicate apoi tot atātea mecanisme cognitive care concura la realizarea lor. Stabilirea exhaustiva a procesarilor la care sunt supuse datele problemei pentru a obtine solutia, este principala finalitate a abordarii sistemului cognitiv la nivel computational. Analiza computationala cauta sa identifice care anume sunt prelucrarile care permit transformarea input-ului īn output, adica functia input - output.
Ex: Se cunoaste ca obiectele tridimensionale din realitate au o proiectie bidimensionala pe retina. Conform unei teoreme cunoscute din geometria proiectiva, un numar infinit de obiecte tridimensionale pot avea una si aceeasi proiectie bidimensionala. Problema suna īn felul urmator: Fiind data o reprezentare bidimensionala formata dintr-o multime de pixeli ( unitate minimala īn care se poate descompune o imagine perceptiva) sa se afle obiectul tridimensional care a produs-o. Īn acest caz, sarcina cu care se confrunta sistemul cognitiv este de a afla care este obiectul tridimensional care a generat o anumita imagine bidimensionala. Proiectia bidimensionala de pe retina intra ca input īntr-o serie de prelucrari al caror output este recunoasterea obiectului tridimensional care a generat-o. Identificarea mecanismelor care permit transformarea input-ului īn output-ul corespunzator, este principala sarcina a unei abordari computationale a procesarii stimulilor vizuali.
De regula, analiza computationala a functionarii sistemului cognitiv, recurge la utilizarea formalismelor matematice sau logico-matematice. Īn cazul prelucrarii informatiei vizuale, variatiile de intensitate luminoasa a punctelor pe retina sunt supuse unor serii de calcule matematice pe baza carora se poate reconstitui stimulul original. Pentru ca aceste calcule sa poata fi finalizate īntr-un timp real, ele trebuie sa in īn considerare caracteristicile mediului fizic care realizeaza procesarea stimulului īn cauza. Aceste proprietati exprima regularitati statistice, aproape īntotdeauna adevarate si sunt cunoscute sub numele de constrāngeri naturale.
Ex: Perceperea adāncimii are la baza faptul ca cei doi ochi sunt pozitionati diferite, astfel īncāt unul si acelasi stimul are proiectii diferite pe cele doua retine. Ţineti la distanta potrivita de ochi degetul. Īnchideti ochiul drept si priviti degetul numai cu ochiul stāng. Apoi invers. Veti constata ca imaginea constata ca degetul aluneca spre stānga sa dreapta īn functie de ochiul pe care īl tineti deschis. Daca veti departa degetul observati va aceasta disparitate se devine tot mai mica pe masura ce īndepartati degetul de ochi.
Sistemul nostru cognitiv s-a dezvoltat īn interactiune cu un anumit mediu fizic, care īi circumscrie gama de procesari posibile.
Analiza computationala a sistemului cognitiv pune īn evidenta existenta a doua tipuri de prelucrari:
modulare;
non-modulare.
Procesarile modulare nu pot fi influentate de cunostintele de care dispune subiectul (sunt cognitiv impenetrabile), se realizeaza automat, preatentional, sunt īncapsulate si au o locatie neuroanatomica relativ precisa.
Procesarile non-modulare sunt acele tratamente la care este supusa informatia care pot fi influentate de baza de cunostinte a subiectului.
Nivelul algoritmic - reprezentational
Daca abordarea computationala porneste de la analiza sarcinii si īsi pune problema stabilirii prelucrarilor care fac posibila transformarea input-ului īn output, analiza reprezentational-algoritmica īsi pune problema algoritmului care realizeaza functia input - output si a modalitatilor de reprezentare a input-ului , respectiv output-ului.
Un algoritm este o secventa de calcule pe baza careia, printr-un numar finit de pasi din datele de intrare se obtin datele de iesire (solutia corecta a problemei).
Reprezentarile se refera la modul de codare a input-ului, cum anume este el reprezentat īn sistemul cognitiv: semantic, imagistic, serial, prin valorizare de activare.
Reprezentarile si algoritmii īsi impun reciproc constrāngeri: o anumita reprezentare poate favoriza un anumit algoritm si nu altul, dupa cum o anumita procedura de calcul poate facilita utilizarea unei reprezentari specifice. Ex: Sa presupunem ca ni se cere sa stabilim suma a doua numere 428+500=928
Daca ne intereseaza analiza īn profunzime a sistemului uman de procesare a informatiei, sa a diferentelor interindividuale, trebuie sa realizam analiza la acest nivel. Astfel unele persoane pot sa reprezinte cifrele prin cifre arabe, romane, sa daune īn fel si chip. Acest nivel este interesat de modul īn care subiectul īsi reprezinta cerintele sarcinii si procedura pe care acesta o utilizeaza pentru solutionarea ei.
Dintre toate teoriile asupra sistemelor de procesare a informatiei, cea computationala are nivelul de generalitate cel mai ridicat. Ea nu este īnsa suficienta. Daca ne intereseaza analiza īn adāncime a sistemului uman de procesare a informatiei sau a diferentelor interindividuale, trebuie sa īmpingem analiza la nivel algoritmic-reprezentational.
Nivelul implementational
Orice sistem cognitiv este un sistem fizic, fiind format din celule nervoase (creierul), din cipuri de siliciu (calculatoare) si alte materiale. Facānd o analogie cu calculatorul, putem spune ca functionarea unui calculator poate fi abordata la mai multe niveluri:
a) ce cunostinte poseda calculatorul respectiv;
b) ce functii input-output poate calcula (abordarea computationala);
c) cum realizeaza aceste functii (algoritmul) si cum le reprezinta (limbajul de programare), nivel algoritmic-reprezentational;
d) ce se īntāmpla la nivel de hardware atunci cānd se executa o anumita sarcina.
Īn mod similar, putem analiza sistemul cognitiv uman:
a) ce cunostinte si ce intentii are;
b) care sunt cerintele si prelucrarile prin care ajunge de la datele problemei la solutie;
c) cum īsi reprezinta sarcina si cum o realizeaza efectiv;
d) ce procese neurobiologice au loc īn momentul efectuarii sarcinii respective.
De investigarea nivelului implementational (īn cazul subiectului uman) se ocupa neurostiintele. Acel segment al neurostiintelor care nu se intereseaza īn mod exclusiv de fenomenele biologice ci de modul īn care o anumita structura neurobiologica realizeaza o anumita procesare a informatiei, poarta numele de neurostiinte cognitive.
Valoarea analizei multinivelare
Functionarea unui sistem cognitiv uman sau artificial poate fi analizata la urmatoarele niveluri:
a) la nivelul cunostintelor - pentru a stabili baza sa de cunostinte si intentiile care īi ghideza comportamentul;
b) la nivel computational - pentru a stabili cerintele sarcinii pe care trebuie sa o rezolve, procesarile care mediaza relatia functionala dintre input si output;
c) la nivel reprezentational-algoritmic - pentru a vedea cum īsi reprezinta input-ul si output-ul si care este procedura efectiva de realizare a functiei input-output;
d) la nivel implementational - pentru a vedea care este structura materiala (neurobiologica sau artificiala) ce realizeaza o anumita procesare a informatiei
Exista mecanisme cognitive īn care principalele rezultate obtinute pāna acum la nivel computational si implementational (procesarea informatiei vizuale primare), dupa cum īn alte situatii (rezolvarea de probleme) abordarea reprezentational-algoritmica este dominanta, teoriile computationale fiind destul de limitate, iar abordarile implementationale, abia īn faza incipienta.
Asadar, analiza fenomenului cognitiv la cele patru niveluri īnainteaza inegal, īn functie de mecanismul concret supus analizei si de metodologia aflata la dispozitia cercetatorilor.
Analiza multinivelara a functionarii sistemului cognitiv ofera posibilitatea uneia dintre cele mai dificile probleme cu care se confrunta stiintele cognitive: cum este posibil ca un sistem fizic sa opereze cu cunostinte abstracte? Raspunsul la aceasta problema pare a fi destul de viabil. Creierul nu opereaza direct cu aceste cunostinte, ci cu reprezentarea lor, cu formatul īn care sunt codate: simbolic (imagini, reprezentari lingvistice, seriale) si subsimbolic (valori si pattern-uri de activare). La fel cum hardware-ul unui calculator poate opera cu cunostinte datorita codarii lor īntr-un limbaj de programare si un sistem de operare, creierul opereaza cu un sistem de cunostinte prin codarea lor īntr-un mediu special, realizabil neuronal si interpretabil pe domeniul de cunostinte al subiectului.
|
