neurokognitywistyką

Neurokognitywistyka
WYKŁAD 1
Wprowadzenie
Zakres i historia neurokognitywistyki
Prof. dr hab. Krzysztof Turlejski
Uniwersytet Kardynała Stefana Wyszyńskiego
Instytut Biologii Doświadczalnej PAN
Cel i forma zajęć
●
●
●
Celem wykładów jest przekazanie Państwu podstaw
wiedzy o nowo powstającej, interdyscyplinarnej gałęzi
badań zjawisk psychicznych, nazwanej
neurokognitywistyką oraz o metodach badań
stosowanych w tej dziedzinie.
Przedmiot jest będzie wykładany przez jeden semestr.
Odbędzie się 15 dwugodzinnych wykładów.
Z powodów technicznych tylko część materiału
omawianego na wykładach będzie udostępniona w
formie pdf.
Warunki zaliczenia
●
●
●
●
Na końcu każdego wykładu przedstawię kilka pytań, na które
Student powinien znać odpowiedź po opanowaniu materiału
przedstawionego na wykładzie.
Egzamin odbędzie się w zimowej sesji egzaminacyjnej. Będzie to
egzamin pisemny, nie testowy. Na egzaminie każdy student
dostanie 3 pytania z zestawu wszystkich zaprezentowanych na
wykładach pytań. Pytania mogą być nieco inaczej sformułowane,
ale ich sens i zakres będą podobne.
Stopnie (w skali od 2 do 5) zostaną wystawione na podstawie tego,
co student napisał w odpowiedzi na pytania. Odpowiedź na każde
pytanie będzie punktowana od 0 do 10 punktów. Minimum na
stopień 3 to 9 punktów.
Zarówno egzamin w pierwszym terminie, jak i egzamin
poprawkowy odbędą się według tych samych zasad.
Plan wykładów
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
1. Wprowadzenie. Omówienie kursu. Historia neurokognitywistyki i jej
metody badawcze.
2. Zarys budowy i lokalizacji funkcji w mózgu.
3. Badania aktywności przy użyciu EEG. Potencjały wywołane.
4. Metoda PET i jej zastosowania w psychologii i klinice.
5. Zasady obrazowania przy pomocy rezonansu magnetycznego (MRI).
6. Obrazowanie anatomii i patologii żyjącego mózgu metodą MRI. Wnioski
poznawcze.
7. Funkcjonalny rezonansu magnetyczny (fMRI) i jego odmiany.
8. Nowe dane o funkcjonowaniu mózgu człowieka i zwierząt uzyskane przy
pomocy fMRI.
9. Problem istnienia świadomości. Neurologia zaburzeń uwagi.
10. Nowe odkrycia dotyczące funkcjonowania systemów pamięci.
11. Rola emocji w procesach poznawczych. Zachowania obronne, agresja i
fobie
12 . Układ nagrody. Uzależnienia. Mechanizmy tworzenia więzi
emocjonalnej.
13. Neurologiczne podstawy zrozumienia intencji innych ludzi i zwierząt.
Empatia.
14. Pojęcie „Teoria umysłu”. Mózgowe mechanizmy samoświadomości,
wyborów etycznych i życia społecznego.
15. Myślenie abstrakcyjne, inteligencja. Specyficznie ludzkie funkcje
ośrodkowego układu nerwowego. Asymetria funkcjonalna mózgu człowieka.
Literatura zalecana i
uzupełniająca
●
Literatura zalecana
●
P. Jaśkowski - Neuronauka poznawcza. Vizja Press 2009
M.B. Fitzgerald – Obrazy naszego umysłu. Sonia Draga 2010.
A. Damasio – Błąd Kartezjusza. Rebis 2011
S. Zeki – Blaski i cienie pracy mózgu. Wyd. UW 2012
●
Literatura uzupełniająca
●
●
●
●
●
●
●
●
●
fMRI - frequently asked questions
http://www.fmrimethods.org/index.php/Frequently_asked_questions
Bandettini, PA (2006) Functional MRI. Methods in Mind (Eds. C Senior,
T Russell, M Gazzaniga). MIT Press.
Joseph P. Hornak, The basics of MRI,
http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/inside.htm
PET
http://www.ujk.edu.pl/ifiz/pl/files/lectures/Metody_fizyczne/Met_Fiz_PE
T.pdf
Mark Quigg - EEG w praktyce klinicznej. Elselvier Urban&Partner 2008
F. Crick – Zdumiewająca hipoteza. Prószyński 1997
Kognitywistyka
Łaciński wyraz „cognitio” (od „co-gnosco”)
oznacza “poznawać w całości, rozumieć istotę”
●
●
Kognitywny – odnoszący się do procesu
poznania, istotny dla zrozumienia tego procesu i
jego skutków.
Kognitywistyka - dziedzina nauki zajmującą się
zasadami funkcjonowania umysłu, rozumienia
znaczenia bodźców zmysłowych, procesami
nabywania i używania informacji i wiedzy
rozumienia intencji innych osób, .
Definicja
Przedmiotem neurokognitywistyki
jest badanie, jak umysł, definiowany
jako funkcja biologiczna układu
nerwowego, spostrzega, przetwarza i
zapamiętuje informacje, oraz jak
używa informacji dopływających ze
środowiska i z organizmu oraz
informacji zapamiętanych do
tworzenia pojęć i sterowania
zachowaniem.
Pytania o naturę umysłu są
wspólne dla filozofii, psychologii
i nauk ścisłych:



Jaka jest natura umysłu i świadomości?
Od czego zależy zdolnośc myślenia i inteligencja?
Jak biologiczne funkcjonowanie układu
nerwowego warunkuje i ogranicza procesy
poznawcze?
Funkcje pojedynczych neuronów?
System połączeń i rozkład aktywacji struktur mózgu?


Jaka jest relacja między mózgiem a myśleniem?
Czy biologia/neurofizjologia może wyjaśnić w
pełni naturę procesów świadomości i poznawania?
Nie od razu rolę mózgu
zaakceptowano
●
●
●
●
Od starożytności filozofowie usiłowali pojąć naturę świadomości,
pamięci i myślenia. Zastanawiali się, skąd wiemy, że coś istnieje.
Pogląd, że to mózg jest organem, który steruje naszymi
czynnościami i generuje stany psychiczne, choć sformułowany już
2500 lat temu, ugruntował się bardzo niedawno, mniej niż 200 lat
temu. Było to skutkiem rozwoju badań naukowych.
Do tej pory większość ludzi, którzy nigdy nie studiowali
neurobiologii, podświadomie uważa, że zachowanie jest
generowane przez cały organizm (nasze „ja”, tożsame z naszym
ciaałem). Starożytne wierzenie, że ułomność fizyczna pociąga za
sobą ułomność duchową.
W rzeczywistości, prawie wszystkie formy zachowania zależą od
aktywności układu nerwowego. Zwierzęta, (z wyj. gąbek) nie są w
stanie żyć i normalnie funkcjonować bez układu nerwowego.
Filozofowie a problem poznania
Do połowy XIX wieku badanie natury i funkcjonowania
umysłu pozostawało wyłączną domeną filozofii.
 Racjonalizm. Ratio (łac.) – umysł.
Racjonaliści uważali, że POJĘCIA (IDEALNE)
ISTNIEJĄ OBIEKTYWNIE, NIEZALEŻNIE OD
PERCEPCJI I DOŚWIADCZENIA.
Platon – pojęcia istnieją w „sferze idei”, poza ziemską
materialnością. Idee są „bytem samym w sobie”.
Kartezjusz –pojęcia istnieją w duszy, danej ludziom
przez Boga. Dusza steruje ciałem, które jest tylko
automatem. Dualizm filozofii Kartezjusza jest
jedną z odpowiedzi na pytanie o stosunek umysłu
do ciała
Kant – idee istnieją w umyśle, będącym częścią
duszy.
Empirycyzm Arystotelesa
●
●
●
●
Arystoteles („O duszy”): „Nihil est in
intellectu quin prius fuerit in sensu” (znane
jako sentencja łacińska) „Nie ma nic w umyśle,
co by wcześniej nie weszło tam przez zmysły”.
Zatem umysł nie ma pojęć wrodzonych,
pierwotnie jest on nie zapisaną tablicą („tabula
rasa”) , którą stopniowo zapisują postrzeżenia,
wrażenia, doświadczenia.
Leibniz (filozof i matematyk, XVIII wiek)
uzupełnił tą formułę o zdanie: praeter intellectus
ipse „z wyjątkiem samego umysłu”.
Pytanie: co to jest ten umysł i skąd się wziął?
Tradycja empirycyzmu






Zasadnicze twierdzenie: pojęcia są „kondensatem,
ekstraktem” doznań, doświadczeń (empirii). Bez
wrażeń/doświadczeń pojęcia nie mogą powstawać i
istnieć.
John Locke (Anglia, XVII w). „An Essay Concerning
Human Understanding „ (Rozważania dotyczące rozumu
ludzkiego, 1670).
Bodźce zmysłowe tworzą w umyśle wrażenia.
Wrazenia są automatycznie grupowane w „obiekty” (idee proste). N.p.
określony, konkretny człowiek, przedmiot.
Idee proste poddane procesowi umysłowej obróbki: zestawiania,
porównywania, analizy – są podstawą tworzenia idei złożonych (n.p.
zbiorów, jak „ludzie”, uśrednienia interakcji, jak pojęcie „wybuch”).
Idee złożone ulegają dalszym przekształceniom, uogólnieniom itd., na
skutek czego powstają idee abstrakcyjne – pozornie całkowicie
niezależne od bodźców zmysłowych, w rzeczywistości jednak będące
zawsze jakimś dalekim echem idei prostych.
Całkowite zerwanie z platońskim rozumieniem świata idei jako
bytu „samego w sobie”. Zatem idee są materialnym
zjawiskiem psychicznym.
Locke - poglądy
●
●
●
●
●
●
Zasady poprawności rozumowania
Idee złożone mają tendencję do życia „własnym
życiem”.
Rozumowania oparte wyłącznie na ideach złożonych
(spekulacje) łatwo tracą kontakt z rzeczywistością.
Stąd wyciąganie wniosków na temat realnej
rzeczywistości wyłącznie na podstawie spekulacji nie
prowadzi do rzetelnej wiedzy.
Rzetelna wiedza musi się opierać na ideach prostych
(danych zmysłowych).
Najprostszym sposobem sprawdzenia poprawności
naszych idei złożonych jest wyciągnięcie z nich
praktycznego, dającego się zbadać wniosku i
sprawdzenie, czy jest on zgodny z naszymi
wrażeniami zmysłowymi.
Taka jest podstawa droga dowodzenia w nauce.
Poglądy Locke’a – problem
„zmysłu wewnętrznego”
●
●
●
●
●
●
Locke’owi zarzucano, że jego schemat działania umysłu nie
uwzględniał w ogóle tzw. odczuć i emocji wewnętrznych
(zjawisk psychicznych), znanych każdemu człowiekowi z
introspekcji.
Locke starał się rozwiązać ten problem tworząc pojęcie
„zmysłu wewnętrznego” odpowiedzialnego za odbieranie
bodźców z własnego wnętrza.
Na podstawie percepcji wewnętrznych tworzą się idee proste,
takie jak: odczucie bólu, przyjemności, sytości, głodu.
Idee proste oparte na odczuciach wewnętrznych
przekształcają się w idee złożone odbierane jako emocje.
Koncepcję "zmysłu wewnętrznego" krytykowano jako słaby
punkt teorii Locke'a.
Z tej krytyki powstał między innymi solipsyzm Berkeley’a
(istnieje tylko moje własne „ja”).
David Hume (Anglia, Francja XVIII w.)
Od empirycyzmu do sceptycyzmu
●
●
●
●
●
●
DZIEŁA: Traktat o naturze ludzkiej, Badania dotyczące
rozumu ludzkiego, Badania dotyczące zasad moralności.
"Umysł ma dostęp jedynie do percepcji docierających przez
zmysły i niemożliwym jest, by kiedykolwiek nabył
doświadczenia dotyczącego ich związku z przedmiotami".
WNIOSEK: żadne ze źródeł impresji (wrażeń zmysłowych) nie
daje pewnych podstaw do orzekania o związku przyczynowoskutkowym. Wnioskowanie o przyczynach jest w pełni funkcją
(konstruktem) umysłu i nie wynika w sposób konieczny z faktów
(wrażeń). Nauka: określanie prawdopodobieństwa teorii.
„Gilotyna Hume'a” – nazwa problemu sformułowanego przez
Huma. Niemożność wnioskowania o tym, co powinno być, na
podstawie tego co jest (ang. is-ought problem).
Współcześnie doprowadziło to do koncepcji „błędu
naturalistycznego”. Teza o rozdziale faktów i wartości (ang. the
gap between facts and values).
Jeśli tak, to co jest (powinno być) źródłem wiedzy i wartości?
Alan Turing
Sztuczna inteligencja
●
●
●
„Artificial intelligence” – pojęcie wprowadzone przez angielskiego
matematyka i kryptologa Alana Turinga (1912-1954). 1932 – „On
computable numbers”
Maszyny Turinga - abstrakcyjne modele komputerów służących do
wykonywania algorytmów obliczeniowych.
Test Turinga (1950) - sposób określania zdolności maszyn do
posługiwania się językiem naturalnym. Ma dowodzić opanowania
przez maszynę umiejętności myślenia w sposób podobny do
ludzkiego. Turing opisał ten test pracując nad stworzeniem sztucznej
inteligencji. Sędzia (człowiek) prowadzi rozmowę w języku
naturalnym z kilkoma stronami. Jeśli sędzia w czasie 5-minutowej
rozmowy uzna, że maszyna jest człowiekiem, uznaje się, że maszyna
zaliczyła test. Założeniem testu jest, że zarówno człowiek, jak i
maszyna będą się usiłowały zachować w sposób możliwie zbliżony
do ludzkiego.
Sztuczna inteligencja jako
zagrożenie
●
●
●
Naprawdę inteligentna maszyna musi mieć
też świadomość własnej inteligencji i
autonomii (własnych celów).
Jest prawie pewne, że w pewnych sytuacjach
będzie chciała postąpić motywowana
własnymi celami, które nie muszą być
tożsame z celami czy dobrem ludzi. Maszyny
takie będą myślały dużo szybciej od ludzi.
Ostrzeżenie Stephena Hawkinga o ogromnym
zagrożeniu ze strony maszyn inteligentnych.
Rozwój badań neurobiologicznych
Pod koniec XIX wieku zaczęła się rozwijać
neurofizjologia, neurobiologia i psychologia
doświadczalna.
W pierwszej połowie XX wieku psychologia
doświadczalna została zdominowana przez
behawioryzm (J. B. Watson, I.P. Pawłow, Skinner).
Twierdzenia:
 psychologia i neurofizjologia powinny się
ograniczyć do badania relacji między fizycznymi
bodźcami działającymi na organizm i
obserwowanym zachowaniem zwierząt i ludzi.
 zaprzeczenie (wprost lub w domyśle) istnieniu
świadomości i przedstawień umysłowych. Uznanie
tego problemu za nienaukowy.
Kognitywna krytyka
behawioryzmy
Bodziec-reakcja! Bodziec-reakcja! Czy ty nigdy nie myślisz?
Historia kognitywistyki
Przełom w psychologii doświadczalnej
George Miller psycholog (lata 1950-te)



Badał procesy zapamiętywania i myślenia u ludzi.
Wykazał, że wydolność ludzkich procesów myślowych
jest ograniczona. Na przykład, pamięć krótkotrwała
może pomieścić nie więcej niż siedem obiektów na raz.
Wykazał także, że granice pamięci mogą być rozszerzone
przez grupowanie zapisywanych informacji. Wówczas
jesteśmy w stanie zapamiętać 5 grup po kilka informacji.
Istnienie efektu grup dowodzi istnienia mentalnych
reprezentacji, wymagających do ich wytworzenia
specjalnych procedur myślowych, pozwalających na
arbitralne kodowanie i dekodowanie informacji.
Przełom lat 60-tych XX wieku
Lingwistyka:

Noam Chomsky: język jest systemem generatywnym
(wewnętrznym mechanizmem generowania pojęć i
relacji między pojęciami)
Odrzucenie twierdzeń behawiorystów, że język jest
zachowaniem wyuczonym, rodzajem odruchu, tylko
wyższego rzędu. Ale: języka musimy się nauczyć.
Chomsky zaproponował hipotezę, że język jest
systemem umysłu operującym wewnętrzną gramatyką,
składającą się z reguł.
Język opisuje docierające do mózgu sygnały i
informacje w kategoriach wewnętrznej gramatyki.
Pytanie: gdzie i jak jest generowana ta gramatyka?
Historia kognitywistyki
„Cognitive Psychology” - Kognitywistyka



Pierwszy podręcznik o takim tytule został napisany przez
Neissera (1967)
Rozwój metod modelowania matematycznego, w związku z
rozwojem komputerów (od późnych lat 1950-tych).
Herbert Newell and Allen Simon – logicy-teoretycy.
1957 - stworzyli program komputerowy General Problem
Solver (GPS). Algorytm rozwiązywał zadania takie jak
„Wieża Hanoi’. Nie działał jednak przy bardziej złożonych
zadaniach.
Niektóre inne definicje kognitywistyki:





“Interdyscyplinarne badania praw rządzących
umysłem i inteligencją”
“Badania procesów nabywania, przechowywania i
używania wiedzy (informacji) u ludzi”
“Badania naukowe umysłu, układu nerwowego, i
inteligentnego zachowania u ludzi i zwierząt.”
„Badanie uczenia się i inteligentnego zachowania
maszyn i programów komputerowych.”
Procesy poznawcze mogą być też modelowane w
równaniach matematycznych.
Dyscypliny (gałęzie) i
zastosowania kognitywistyki
Teoria komputerów – Teoria Sztucznej
Inteligencji
Neurokognitywistyka – ściśle powiązana z
neurobiologią
Psychologia kognitywna – dziedzina
psychologii, psychologia poznania.
Filozofia (gnostyka)
Lingwistyka
Antropologia, Edukacja
Neurokognitywistyka
●
●
Neurokognitywistyka to nauka badająca zależność
procesów poznawczych od procesów fizjologicznych
zachodzących na różnych poziomach w układzie
nerwowym.
Neurokognitywistyka zajmuje się powiązaniem procesów
fizjologicznych zachodzących w układzie nerwowym z
procesami poznawczymi (percepcją, uczeniem się,
pamięcią, myśleniem i rozumowaniem), oraz generacją
zachowań wywołanych tymi procesami.
Podstawowe twierdzenie: zrozumienie tego, dzięki jakim
procesom nerwowym dochodzimy do posiadania i
używania wiedzy, jest kluczem do zrozumienia natury
umysłu.
Etapy i elementy przetwarzania
informacji
●
●
●
Percepcja

pozyskiwanie informacji o otoczeniu w czasie rzeczywistym.

kodowanie, przechowywanie i przywoływanie zapamiętanych
informacji
Pamięć, zapamiętywanie
Rozumowanie (myślenie)

kojarzenie różnych źródeł informacji, uzyskiwanie nowej informacji
na skutek analizy i i syntezy informacji pierwotnych, testowanie
spójności informacji.
●
Mowa
●
Działanie
- używanie uzyskanej (zapamiętanej) wiedzy do generowania mowy o
składni i fonologii właściwej ludziom, a przekazującej innym
rezultat działania percepcji, pamięci i myślenia.

używanie informacji i stanów wewnętrznych do planowania działań i
ich wykonywania.
Ten ogromny zakres problemów wymusza
interdyscyplinarność podejścia.
Interdyscyplinarność
neurokognitywistyki
Neurokognitywistyka działa na styku wielu nauk i
zapożycza od nich metody do realizacji własnego celu.
Ważna rola metod komputerowych i modelowania.
Cel – przedstawienie procesu przetwarzania informacji
w postaci modelu, czyli programu komputerowego
odwzorowującego proces przetwarzania informacji w
układzie nerwowym. Możliwość szybkiego testowania
wielu hipotez (doświadczenia in silico).
Neurobiologia
Psychologia
Psychologia percepcji
Psychologia pamięci
i uczenia się
Neurokognitywistyka
Psychologia społeczna
Modelowanie
komputerowe
Inne systemy wyjaśniające
funkcjonowanie układu
poznawczego
●
Także niektóre dziedziny filozofii i inne dyscypliny
naukowe uważały procesy przetwarzania informacji
zachodzące w układzie nerwowym za klucz do
zrozumienia psychiki.


●
Filozofia dualistyczna: „istota poznająca” jest specjalną
substancją niematerialną (duszą), której funkcjonowanie jest
niezależne od stanu układu nerwowego i procesów w nim
zachodzących.
Behawioryzm: istotą uczenia się jest wytworzenie powiązań
między bodźcami a reakcjami.
To było przed epoką komputerów…

Gwałtowny rozwój komputerów i ich mocy obliczeniowej
jako jeden z nieprzewidzianych skutków spowodował zmianę
myślenia o procesach poznawczych.
Wyjaśnienie procesów
pretwarzania informacji przez
organizmy żywe na gruncie
neurokognitywistyki
●
●
Pytanie: Jakie jest najlepsze wyjaśnienie tego, że
jakiś system jest zdolny do przetwarzania
informacji i podejmowania działań na podstawie
tych informacji?
Odpowiedź: ten system jest urządzeniem
stworzonym do gromadzenia i przetwarzania
informacji, czyli „komputerem” (mechanicznym,
elektronicznym lub biologicznym).
Procesy, którymi zajmuje się
kognitywistyka
Organizacja procesów percepcji (na przykład
wzrokowej)
Uczenie się i pamięć
Motywacje (stany, potrzeby fizjologiczne, emocje)
Myślenie i rozumowanie (planowanie, podejmowanie
decyzji, rozwiązywanie problemów)
Język i mowa
Myślenie o interakcjach społecznych i podejmowanie
decyzji w tym zakresie
Świadomość. Marzenia senne.
Metodyka kognitywistyki
Czerpanie przesłanek i faktów z nauk doświadczalnych
(psychologii, lingwistyki, neurobiologii, etnografii
(antropologii kognitywnej)
Dopuszczenie włączenia doświadczeń z introspekcji,
gdy argumentowanie jest zgodne z zasadami logiki
formalnej (w odniesieniu do filozofii i lingwistyki)
Modelowanie matematyczne (psychologia kognitywna,
lingwistyka, filozofia)
Modelowanie komputerowe (sztuczna inteligencja,
neurobiologia, psychologia poznania)
Nowe metody badawcze
●
●
Rozwój techniki doprowadził do wynalezienia wielu
urządzeń umożliwiających badanie stanu fizycznego
i funkcjonalnego narządów wewnętrznych ciała bez
interwencji chirurgicznej (obrazowanie
przyżyciowe) oraz obrazowanie przebiegu procesów
fizjologicznych, także tych, które są związane z
aktywnością układu nerwowego.
Są one szeroko wykorzystywane w badaniach
neurokognitywistycznych. Będzie o tym mowa na
dalszych wykładach.
Paradygmat kognitywistyki
Próba zrozumienia umysłu. „Computational
Representational Understanding of Mind”


Umysł (mind) = percepcja + mentalna reprezentacja
+ procesy obliczeniowe (computational processes)
„Computational Theory of Mind”
Jeśli teoria ta jest słuszna, to możliwe jest stworzenie
sztucznego umysłu przez zastosowanie odpowiedniego
programu obliczeniowego (patrz Turing).
Kognitywizm, Funkcjonalizm
Symbolizm – Koneksjonism- Dynamizm – Podejście
hybrydowe.
Prekursor neurokognitywistyki:
David Marr (1945-1980)
●
●
●
●
●
●
●
●
Studiował matematykę i neurofizjologię w Cambridge.
Był matematykiem, neurofizjologiem i psychologiem.
1977-1980 był profesorem na Wydziale Psychologii
Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Zmarł przedwcześnie, część publikacji ukazała się pośmiertnie.
W latach 1969-1982 ukazało się 15 publikacji Marra, które dokonały
przełomu w myśleniu o procesach poznawczych w neurobiologii.
Prace te często były zatytułowane „A theory of…”.
Częściowo na podstawie wykonanych przez siebie doświadczeń, ale
głównie analizując wyniki innych neurofizjologów zaproponował
teorie funkcjonowania móżdżku, kory nowej mózgu, kory
węchowej.
Jego najbardziej wpływowa praca: książka „Vision: A
Computational Investigation into the Human Representation and
Processing of Visual Information” ukazała się pośmiertnie w 1982
roku.
Teoretyk neurokognitywistyki:
David Marr (1945-1980)
●
●
●
●
Jeszcze ważniejsze, niż prace na temat teorii
funkcjonowania poszczególnych układów mózgu
były jego prace z zakresu teorii informacji:
"Approaches to biological information processing."
Science, 1975.
"Artificial intelligence: A personal view." Artificial
Intelligence, 1977.
"From understanding computation to understanding
neural circuitry", Neurosciences Res. Prog. Bull.,
1977 (with Tomaso Poggio)
Poziomy analizy.
Koncepcja D. Marra (1982)
“Co to znaczy „widzieć”? Odpowiedź prostego człowieka (a także
Arystotelesa) była by, że oznacza to wiedzieć, co się znajduje w
przestrzeni wokół nas na podstawie oglądania jej (percepcji). Innymi
słowy, widzenie jest procesem odkrywania, co znajduje się w świecie
zewnętrznym i gdzie to jest, na podstawie obrazów wzrokowych”.
“A więc pierwszą i najważniejszą funkcją w procesie widzenia jest
przekształcanie informacji. Ale nie możemy o nim myśleć jedynie w tych
kategoriach. Ponieważ jeżeli jesteśmy w stanie wiedzieć co się gdzie
znajduje na zewnątrz naszego ciała, to znaczy, że nasz mózg musi mieć
zdolność tworzenia całościowej reprezentacji tej informacji….
A więc nauka o percepcji wzrokowej musi zawierać nie tylko wiedzę o
tym, jak różne użyteczne aspekty są ekstrahowane z docierającej do nas ze
świata zewnętrznego informacji wzrokowej, lecz także badać naturę
wewnętrznych reprezentacji, które pozwalają nam na uchwycenie sensu
tych informacji.….”
Trzy rodzaje pytań i trzy poziomy analizy.
Koncepcja Davida Marra dotycząca
przetwarzania informacji (1982)
“…dualizm przetwarzania informacji i jej reprezentacji jest istotą
większości zadań wymagających przekształcania informacji…”
Dowolny układ przekształcania i obróbki informacji
musi być badany na trzech poziomach:
1. Jaki problem rozwiązuje system? Wejścia, wyjścia,
co jest procesowane lub wyodrębniane z informacji?
Jaki jest algorytm przetwarzania?
2. Jakie są metody przetwarzania? Reprezentacja danych,
“procesowanie”, zastosowanie wyników obliczeń.
3. Jakie są mechanizmy przetwarzania? Zależnie od
systemu: części mechaniczne – tranzystory – neurony.
Trzy poziomy (Marr, 1982)
Podstawowa hipoteza
kognitywistyki
Reprezentację wrażeń i procesy obliczeniowe
zachodzące w układzie nerwowym podczas myślenia
można najpełniej zrozumieć opisując:
1. - struktury nerwowe, które dokonują rejestracji i
przetwarzania wrażeń w układzie nerwowym;
2. – procesy i procedury obliczeniowe działąjące w
tych strukturch.

Jest wiele sprzecznych koncepcji dotyczących sposobu
reprezentacji wrażeń i procesów obliczeniowych
zachodzących w czasie myślenia.
Metafora procesora informacji założenia
Nasz umysł posiada „mentalne reprezentacje”, analogiczne do
struktury pamięci komputerowych oraz procedury przetwarzania
tych reprezentacji podobne do algorytmów obliczeniowych
funkcjonujących w komputerach.
Pogląd symbolistów: w umyśle istnieją takie mentalne
reprezentacje jak postulaty logiczne, reguły, pomysły, obrazy i
analogie. Umysł używa takich procedur przetwarzania jak
dedukcja, wyszukiwanie, dopasowywanie i wynajdywanie w
pamięci.
Poglądy koneksjonistów: reprezentacje mentalne używają
neuronów i ich połączeń jako mechanizmów tworzenia struktury
danych, a potencjałów czynnościowych neuronów i
rozprzestrzeniania aktywacji jako algorytmu.
Zatem mechanizmy poznania mogą być badane przy pomocy
sztucznych sieci neuronalnych.
Modelowanie procesów poznania
Model jest uproszczoną (zazwyczaj
zformalizowaną) reprezentacją rzeczywistości,
którą ma odzwierciedlać.
Modelowanie komputerowe: są nimi zazwyczaj
programy komputerowe, których wynik działania
powinien odpowiadać teoretycznie przewidzianemu
skutkowi działania.
Etapy modelowania procesów poznawczych
 Tworzenie formalnej (n.p. matematycznej,
algorytmowej, symbolicznej) reprezentacji procesów
poznawczych.
 Użycie stworzonego modelu do przewidywania lub
wytłumaczenia zachowania związanego z tymi
procesami poznawczymi.
Zalety modelowania komputerowego
●
Bardziej formalne, precyzyjne i abstrakcyjne testowanie
przewidywań teorii.
Większa pewność co do jakości wyników, eliminacja
niekontrolowanych czynników zakłócających.
Modelowanie wymusza dokładniejsze sformułowanie
teorii i wniosków z niej wypływających.
Tak jak w rzeczywistych badaniach, możliwe jest
sformułowanie zarówno ilościowych, jak i jakościowych
przewidywań co do oczekiwanego wyniku.
W psychologii kognitywnej, modeli formalnych używa
się do badania pamięci, percepcji, zrozumienia języka,
podejmowania decyzji itd.
Sztuczna inteligencja
(Artificial Intelligence, AI)
Silna AI - powielenie funkcji mózgu przez użycie
odpowiedniego programu. Stworzenie sztucznego
systemu zachowującego się inteligentnie.
Słaba AI - stworzenie maszyn, które działąją tak,
jakby były inteligentne i mających praktyczne
zastosowanie (systemy eksperckie). Mogą być
podobne do ludzi, lub nie.
AI może być narzędziem badania procesów
poznawczych, inteligencji i możliwości mózgu
ludzkiego przy pomocy programów komputerowych.
Może być także narzędziem badania inteligencji
maszyn (sztucznej inteligencji).
AI i kognitywistyka
"AI może mieć dwojaki cel.
Po pierwsze, może używać siły komputerów
do zwiększania siły ludzkiej myśli, tak, jak
użyliśmy motorów do zwiększenia ludzkiej
siły działania. Robotyka i systemy
kompetentne to główne gałęzie tego
podejścia.
Innym zastosowaniem AI jest użycie AI
komputerów do zrozumienia procesu
myślenia ludzi. Skopiowanie tego procesu
jak najdokładniej. Jeżeli testujesz programy
nie tylko pod względem tego, co są zdolne
osiągnąć, ale i jak to osiągają, to naprawdę
zajmujesz się kognitywistyką, używasz AI
do zrozumienia umysłu ludzkiego.„
Hubert A. Simon
Podsumowanie
Co wyróżnia neurokognitywistykę?
●
●
●
●
●
●
●
Jej centralnym problemem jest organizacja procesów
zdobywania informacji i uczenia się.
Twierdzenie, że procesy poznawcze są kluczem do
zrozumienia umysłu, w szczególności ludzkiego.
Nowe metody obrazowania procesów zachodzących w
układzie nerwowym
Interdyscyplinarność
Wielopoziomowe teorie wyjaśniające zależności miedzy
struktura i funkcją.
Szerokie użycie modelowania i metod komputerowych
Uznanie indywidualizmu procesów poznawczych
Pytania
●
●
Czego dotyczył spór racjonalistów i
empirycystów w filozofii? Jacy wielcy
filozofowie wypowiadali się na temat natury
percepcji, poznania i idei i co twierdzili?
Jakie są podstawowe założenia i metody
neurokognitywistyki?