2014-09-12

Linköpings universitet 1

Föreläsning – Kurssammanfattning

Annika Silvervarg

CiltLab/HCS/IDA

Kognitionsvetenskaplig introduktionskurs

Kursens roll i programmet

• Ge en bred introducerande översikt

• Historisk bakgrund

• Grundläggande frågeställningar

• Delämnen

• Metoder

• Exempel på tillämpningar

• Introduktion till IDA:s och universitetets datorsystem (inkl Word och Excel)

• Skapa en bred tolkningsram

• Fördjupning i kommande kurser

Översikt

• Vad är kognitionsvetenskap?

• Kort bakgrund/historik

• Representation och bearbetning av information

• Vetenskapliga metoder inom kognitionsvetenskap

• Informationsbearbetningsmodeller

• Fysiska symbolsystemshypotesen – Language of Thought

• Konnektionism

• Delvetenskaper

• Tvärvetenskap – Integrering

• Modularisering av kognitiva system

• Tillämpning - Användbarhet

• Situerad och distribuerad cognition, artefakter

3

Vad är kognition?

• ”de tankefunktioner med vars hjälp information och kunskap hanteras”, (Nationalencyklopedin)

• ”cognition refers to all the processes by which the sensory input is transformed, reduced, elaborated, stored, recovered, and used”, (Neisser)

• Kognitionsforskings delområden:

• Perception/varseblivning

• Minne

• Tänkande och problemlösning

• Språk och kommunikation

• (Motorik)

Vad är kognitionsvetenskap

• Kognitionsvetenskap är ett tvärvetenskapligt kunskaps- och forskningsområde som studerar tänkande, språk och kommunikation hos naturliga och artificiella system i samspelmed den fysiska och sociala miljön

(Nils Dahlbäck)

Kognitionsvetenskapens historia

”Cognitive Science has a very long past but a relatively shorthistory”

Howard Gardner

• 400 f Kr Filosofi

• 1600-talet Filosofi

• 1870-talet Psykologi

• 1950-talet Kognitionsvetenskap

2014-09-12

Linköpings universitet 2

The PASTHur får vi kunskap?

Genom tänkande

• Rationalism

• Descrates

• Introspektion

• Wundt

Genom erfarenheter

• Empiricism

• Locke, Hume

• Behaviorism

• Watson,Skinner

• Logisk empiricism

• Frege, Russell, Peano

• Syntes• Kant

Steg mot Kognitionsvetenskap

• Omriktningen i psykologi, från behaviorism till kognitivism

• Utveckling av teorier kring beräkning och information

• Utveckling av informationsbearbetande modeller för kognitivaförmågor

1948 The Hixon Symposium

Cerebral Mechanisms in Behaviour

• John von Neuman

• Den första hjärna-datormetaforen

• Warren McCullock

• Parallell mellan nervsystemet och logiska artefakter

• Karl Lashley

• ”The problem of serial order in behaviour” – kritik av behaviorismen

Kognitionsvetenskapens födelse

1956 Symposium on Information Theory

• Allen Newell & Herbert Simon

• ”Logic Theory Machine”

• Noam Chomsky

• ”Three Models of Language”

• George Miller

• Minnets 7 ± 2

Begreppet ”Artificial Intelligence” myntas

Metoder inom kognitionsvetenskap

• Formella modeller och dator-implementeringar

• SHRDLU

• Empiriska undersökningar

• Mental imagery

Integrationsutmaningen

• En enhetlig förklaring av kognition som baseras på och integrerar hela rymden

• Ett ramverk som visar den gemensamma nämnaren för alla delvetenskaper som studerar kognition och hur de är relaterade till varandra

• Kognitionsvetenskap är mer än summan av delarna

12

2014-09-12

Linköpings universitet 3

Nivåer (Dahlbäck)

Fysisk och social miljö

Kognition (“the mind”)

Neurologi

Situerad och distribuerad

kognition

Sub-symbolisk kognition /

neurokognition

13

Three dimension model

14

Lokal integrering

• Två eller flera delvetenskaper

• Evolutionär psykologi och psykologiska resonemang

• Psykologi och neurologi

• Lingvistik och datalogi

• Datalogi och neurologi

• …

15

Sloan report, 1978

Global integrering

• Försöker definiera relationen mellan

• Olika nivåer av förklaring

• Olika nivåer av organisation

• (Interteoretisk reduktion)

• Marr’s trenivåmodell

• Mentala arkitekturer

17

Marr’s trenivåmodell (1982)

• Beräkningsnivå

• Vad är målet med informationsbearbetningen?

• Vilka indata och utdata förväntas?

• Algoritmnivå

• Hur utförs informationsbearbetningen?

• Implementationsnivå

• Vad är den fysiska realiseringen av algoritmen?

• Top-down analys av kognitiva system

• Exempliferias för mänskligt seende, baserat på neuropsykologi, psykofysik, fysiologi

18

2014-09-12

Linköpings universitet 4

Mentala arkitekturer

• Studerar frågor gemensamma för alla delvetenskaper:

• I vilken form representeras information i ett kognitivt system?

• Hur transformeras informationen i ett kognitivt system?

• Hur är medvetande organiserat i kognitiva system?

• Svaret på frågorna 1-2 kan dock variera för olika system, t ex :

• neuron eller medvetandet som helhet

• minne, beslutsfattande eller språk

• Svaret på fråga 3 har besvarats utifrån både generella och domänspecifika funktioner

20

Fysiska symbolsystemshypotesen

• “Ett fysiskt symbolsystem uppfyller nödvändiga och tillräckliga villkor för generell intelligens” (Simon & Newell, 1975)

• Nödvändigt villkor innebär att ingenting kan vara intelligent utan att vara ett FSS, dvs mänskligt medvetande är FSS

• Tillräckligt villkor innebär att det går att konstruera artificiell intelligens genom att konstruera ett FSS

Language of Thought

22

Kinesiska rummet (Searle, 1980)

”Symbol

grounding”

Sub-symbolisk kognition/Konnektionism

• Modeller inspirerade av hjärnan

• Små enkla enheter i nätverk

• Parallell distribuerad bearbetning

Artificiella neurala nätverk

Utdatalager

Länkar mellan det gömda

lagret och utdatalagret

Lager med gömda noder

Länkar mellan indatalagret

och det gömda lagret

Indatalager

2014-09-12

Linköpings universitet 5

Inlärning i neurala nätverk

Gradient back propagation innebär att de

”ansvariga” länkarna justeras genom

uppdatering av vikterna lager för lager.

Modularitet (Fodor, 1983)

• Medvetandet består av

• högnivå generella centrala processer och

• lågnivå specifika modulära processer

27

Modulära processer

• Domänspecifika

• Inkapslad information

• Obligatorisk/Ofrivillig användning

• Snabba

• Associerade med specifika regioner i hjärnan

• Specifika mönster för misslyckanden

• Exempel från perception:

• Färg, form, 3D rumsliga relationer, ansiktsigenkänning, grammatisk analys av talade yttranden, känna igen röster

28

Centrala processer

• Värderar, jämför och sammanför utdata från moduläraprocesser

• Quinean

• Kunskap som helhet, belief system

• Isotropisk

• INTE inkapslad information

• Fodor’s first law of the nonexistence of cognitive science

• The more global a cognitve process is, the less anybody understands it

29

Examination – datum

• Ordinarie tillfälle

• Datorlaborationer: 8/9

• Hemtenta: 22/9

• Inlämningsuppgift: 10/9, 12/9, 22/9

• För omexamination eller kompletteringar*:

• Datorlaborationer: 29/9

• Hemtenta: 20/10

• Inlämningsuppgift: 20/10, 27/10, 3/11

* Om inget annat överenskommits med examinator

Feedback/Återkoppling

• Seminarier

• Kamratgranskning på inlämningsuppgift

• Inlämningsuppgift skriftlig återkoppling från lärare

• Hemtentamen har tentavisning, samt skriftlig återkoppling

31

2014-09-12

Linköpings universitet 6

Examination bedömningskriterier

• Inlämningsuppgiften bedöms enligt följande kriterier:

• Språk

• Tydlig inledning

• Tydlig frågeställning

• Frågeställningen besvaras

• Definitioner av tekniska begrepp

• Sammanhållet resonemang

• Bemöts möjlig kritik

• Inga sidospår

• Avslutning

• Referenser

32

Examination bedömningskriterier

• Hemtentamen består av 6 frågor som kan ge max 5 poäng per fråga

• För Godkänt krävs minst totalt 18 poäng

• För Väl godkänt krävs minst totalt 24 poäng

• Väl godkänt på inlämningsuppgiften ger 3 bonuspoäng som kan användas för att uppnå VG (men inte G) på hemtentamen

• Varje fråga bedöms utifrån en rättningsmall där vissa kriterier måste uppnås för att få poäng på frågor och delfrågor

• Var tydlig och koncis och se till att besvara frågan och alla delfrågor

33