ВВЕДЕНИЕ В КОГНИТИВНУЮ НАУКУ

ВВЕДЕНИЕ В КОГНИТИВНУЮ

НАУКУ

2007/2008

Когнитивная наука: от теории к практике

Современная когнитивная наука:

некоторые направления прикладных разработок

• Системы искусственного интеллекта

• Системы обработки естественного языка (NLP)

• Кросскультурная коммуникация

• Когнитивная эргономика и дизайн

• …

Искусственный интеллект: мышление и

речь (2)70 лет спустя

1956 -- «Дартмутская четверка»:

А. Ньюэлл и Г. Саймон -- лаборатория ИИ в Карнеги-Меллон

М. Минский и Дж. Маккарти -- лаборатория ИИ в Массачусетском технологическом институте

Дж. Маккарти -- лаборатория ИИ в Стэнфорде

+ лаборатория в Эдинбургском университете -- Дональд Миши, основатель и редакторсборников «Машинный интеллект»

С 1965 -- международные научные семинары «Машинный интеллект»

Первые шаги

Развитие интеллекта

Развитие искусственного интеллекта

Ассимиляция

«Ассимиляция» познавательных

функций человека

Аккомодация

«Аккомодация» к особенностям

познания человека

Искусственный интеллект- решение задач /поиск (1956)

- игровые программы (шахматы и т.д.): Гарри Каспаров против Deep Blue

- экспертные системы и системы поддержки принятия решения: инженерия знаний

- системы распознавания образов, движения и т.д.

- системы обработки текста и машинного перевода

- обучаемые и обучающие системы

- робототехника и автономные агенты (промышленные роботы)

- проблема взаимодействия с пользователем на естественном языке:

~ справочные системы

~ поисковые системы

~ компьютерные игры

~ компьютерные… «психотерапевты»

Обработка естественного языка: системы машинного перевода (1950-е)

Постановка задачи: Уоррен Уивер (1894–1978)

1947 (в переписке с Норбертом Винером): машинный перевод как криптография («дешифровка»)

1949 -- меморандум «Перевод» (”Translation”) с обоснованием возможности машинного перевода:• проблема многозначности: необходимость

анализа контекста

…и поэтому он, душа общества, которые возглавлял, всё новыми

правилами и нормативами…


правилами и норматив …


правилами и нормативами, не преминул подвергнуть давлению и

членов общества охраны животных…




1949 -- меморандум «Перевод» (”Translation”) с обоснованием возможности машинного перевода:• проблема многозначности: необходимость

анализа контекста

• машинный перевод как логический вывод на основе посылок

• применимость криптографии и теории информации

• «лингвистические универсалии» (логические характеристики, общие для всех языков)


1952 -- первая конференция по машинному переводу

1954 -- «Джорджтаунский эксперимент»: перевод с русского на английский (250 слов, 6 грамматических правил)

1967 -- «Черная книга машинного перевода» (доклад комитета по лингвистике Академии наук США о бесперспективности проекта)

1950-е и далее -- интенсивное развитие в СССР



1949 -- меморандум «Перевод» (”Translation”) с обоснованием возможности машинного перевода


Spirit is strong, but flesh is weak.

Vodka is good, but meat is

rotten.

Дух крепок, а плоть немощна.

Водка отменная, но мясо протухло.

Проверка качества перевода:

обратный перевод!

Out of sight, out of

mind?

Invisible idiot!

Обработка естественного языка: системы машинного перевода -- 2000+

Google Translator: статья про «Алису в Стране Чудес» в Википедии

(http://en.wikipedia.org/wiki/Alice's_Adventures_in_Wonderland).… В нем рассказывается история девочки по имени Алиса, кто падает вниз кролик в отверстие в сфере фантазии населены гротескные цифры, как говорят игральные карты и anthropomorphic существа…

… Он считается одним из наиболее характерных примеров этого жанра литературного бреда…

Обработка естественного языка: системы машинного перевода (1970-е

и далее)Основные задачи:

• «ознакомительный» (черновой) перевод

• «окончательный» перевод: настройка на предметную область (условие -- однородность текстов: напр., документооборот в организациях)

Проблемы:

• разрешение многозначности

• алгоритмы синтеза (пофразно или текст в целом)

• …

Обработка естественного языка: взаимодействие с пользователем

• вопросно-ответные системы;

• диалоговые системы решения задач и принятия решений;

• проблемно-ориентированные системы обработки связных текстов («интерпретаторы»);

• информационно-поисковые системы;

• техническое оснащение: системы распознавания и синтеза речи.

Джозеф Вейценбаум и его «Элиза» (MIT, 1963-

1966)

Поиск ключевых слов, анализ

синтаксиса и…заполнение

«пауз»!

DEMO

Джозеф Вейценбаум и его «Элиза» (MIT, 1966)

Проблема осмысленности высказываний

компьютерного «психотерапевта», или «Тихо сам с собою…»:

Элиза и Перри

http://tools.ietf.org/html/rfc439

Проблема эмоциональной привязанности к компьютерному

«психотерапевту»: случай секретаря Дж. Вейценбаума

-- назад к критерию Тьюринга?!

Что может «понять» компьютер?

Джон Сирл (Беркли, 1980/1984):

парадокс «китайской комнаты»

«Иллюзия понимания» снаружипри полном непонимании

внутри.

Джон Сирл: «сильный» и «слабый» ИИ

«Сильный ИИ»: машина может мыслить, т.е. обладать психикой и сознанием

«Слабый ИИ»: машина может совершать разумные действия

Проблема обработки текстов на естественном языке: интерпретаторы

текстов и вопросно-ответные системы

Понятие схемы (сэр Ф.Ч. Бартлетт, 1932):

“активная структура прошлых реакций и прошлого опыта”

Виды схем: - когнитивные карты; - прототипы и стереотипы;- сценарии.

Проблема обработки текстов на естественном языке: интерпретаторы

текстов и вопросно-ответные системы

Роджер Шенк: от схем-сценариев к структурам концептуальной репрезентации (CRS).

Области применения структур концептуальной репрезентации

(CRS) • Контекстуальный машинный перевод

• Резюме текстов (научные работы, подготовка выпусков новостей, системы помощи в компьютере и т.д.)

• Понимание историй и ответы на вопросы по их содержанию (выводы)

• Создание историй (адаптивные компьютерные игры) Пример 1. ATRANS: отношения передачи/обладания

(Йельский университет).

Пример 2. SAM, или «Механизм применения сценариев» (Ричард Каллингфорд и др., 1975).

Когнитивная наука и рукотворный мир:«психопатология обыденных вещей»

- Usability (эргономика и когнитивный дизайн) -- Дональд Норман

Предметы из «Каталога невозможных объектов» Жака Карельмана

Исследования: • понимание инструкций;• понимание работы

системы;• запись движений глаз

(информационный дизайн, реклама);

• регистрация времени выполнения задачи (поиск необходимой информации и т.п.);

• выполнение задачи за ограниченное время…

Статьи по когнитивному дизайнуhttp://www.uie.com/articles/


Некоторые принципы дизайна (Д. Норман):

• наглядность

• взаимно-однозначное соответствие между целями и способами их достижения

• умопостижимость (концептуальная/ментальная модель -- понимание возможных результатов своих действий)

• обратная связь (возможность получения наглядных сведений о том, что в данный момент происходит в системе)


Оставить место для ошибок:

- незавершенные действия- ошибки по рассеянности:

- верные действия - неверные объекты- неверные действия - верные объекты

• Понять, что произошло

• Исправить ошибку

Когнитивная наука и рукотворный мир:дизайн человеко-машинных систем

Пример исследовательского метода в веб-дизайне:

оценка входной страницы Интернет-сайта

1. Инструкция испытуемому: найти необходимую информацию (напр., «Представьте, что Вы хотите подать стихи в журнал…» или «Представьте, что Вы хотите оформить подписку на журнал…»)

2. Предъявление входной страницы на 5 с

3. Фиксация всей извлеченной информации и вопросы о доступности информации, в доступности которой наиболее заинтересованы создатели сайта

DEMO

Когнитивная наука и рукотворный мир

Дизайн в динамических системах: возможности и ограничения

человеческого познания

Р. Рензинк (2004): системы навигации

Пределы устойчивости зрительного поиска при изменении масштаба и угла наклона

«карты»

T

TT

T

T

TT

T

TT

T

T

L


Поворот (изменение угла наклона)

7°20°60°


Изменение масштаба

4:1 4:2 4:3

Когнитивная наука: «размыкание» в окружающую

действительность- Usability (эргономика и когнитивный дизайн), взаимодействие человека с компьютером (HCI);

- Embedded cognition («ситуативное познание» ~ экологический подход к познанию)

Принятиерешения

ДедукцияПЕРВЫЕ ШАГИ

Модификация Легренци:

если письмо запечатано, на нем должна быть марка стоимостью 50 центов

Задача Уэйзона:

А К 4 7

20-30%

90%




- Embodied cognition («воплощенное познание»: познание в реальной жизни «телесного материального субъекта» -- от «абстрактных репрезентаций» к восприятию и действию)

Прайминг в действии

Поиск предметав комнате


действительность

Иэн Гилкрист и др., 2001:

возрастание роли памяти (значительно меньше

перепроверок)

Поиск предметав комнате


действительностьДжон Касиоппо и др., 1993:

предъявление незнакомых иероглифов при сгибании руки («притягивании») и разгибании руки («отталкивании»)

Последующее ранжирование по степени предпочтения:

иероглифы, которые воспринимались в момент «притягивания», получили значительно более высокий рейтинг, чем иероглифы, которые воспринимались в момент «отталкивания» (для знакомых стимулов -- слов -- подобного эффекта не было)Аналогичные результаты (Strack et al., 1988): просмотр мультфильма с расслабленными мышцами лица и с карандашом в зубах (более смешной!)


действительностьПроблема «воплощенного познания» в философии и теории метафоры:

Джордж Лакофф, Марк Джонсон

(Metaphors we live by, 1980, на русском языке -- 2004;

Philosophy in the Flesh, 1999)

Постигая мир и оперируя абстрактными понятиями, человек пользуется

метафорами, соотносящими эти понятия с его собственным телом

(пространственными характеристиками, перемещениями и т.п.)


действительностьСотни линий в одном волоске

Трудно назвать отрасль, в которой не использовались бы всевозможные провода и кабели. Но наука неуклонно движется вперед, и пропускные возможности привычных нам жил из меди и алюминия стали слишком малы. К тому же уже с середины 60-х годов мировая промышленность вплотную подошла к проблеме исчерпаемости природных ресурсов. К примеру, на изготовление кабельной продукции расходуется половина всех запасов меди. Исследователи разных стран обратились к разработке теории оптико-волоконной связи, увидев в ней новый шаг в развитии информационных технологий. Активно занялась ею и отечественная наука.[…]

Так что в ближайшее время предприятие имеет все шансы выйти на рынок с законченными оптико-волоконными линиями.

Газета «Северный рабочий» от 6 февраля 2003 г.




- Embodied cognition («воплощенное познание»: познание в реальной жизни «телесного материального субъекта» -- от «абстрактных репрезентаций» к восприятию и действию)

- Distributed cognition: назад к Л.С. Выготскому -- проблема разделенности высших психических функций.

«Совместное внимание»

Социальная нейронаука: мозговые механизмы

межличностного познания

Мозговые механизмы обработки взгляда виртуального собеседника, направленного на данного человека и на «третье лицо»:

Направление взгляда: на испытуемого х на кого-то еще

Выражение лица: социальное (стремление к контакту) х произвольное

Schilbach et al., 2005

Б.М. Величковский и др. (Дрезденский технический университет)


действительность

«Культура и когнитивная наука» (2003):

- когнитивная антропология

- коммуникация (теория связи)

Майкл Коул (Калифорнийский университет Сан-Диего, Лахойя)


действительностьНейробиология культурных и профессиональных различий («культурная биология»):

• Япония: соробан и счет в уме (Hanakawa et al., 2003; ср.: Hatta, Ikeda, 1988)

См.: http://novoivan.narod.ru/soroban.htm



• Япония: соробан и счет в уме (Hanakawa et al., 2003; ср.: Hatta, Ikeda, 1988)• Португалия: сельская неграмотность и обработка вербальной информации (Castro-Caldes, 2000)



• Япония: соробан и счет в уме (Hanakawa et al., 2003; ср.: Hatta, Ikeda, 1988)• Португалия: сельская неграмотность и обработка вербальной информации (Castro-Caldes, 2000)• Канада: сортировка почты и «выскакивание» в зрительном поиске (Polk & Farah, 1998)

Ищем букву Б и цифру 6

НДЛОПЗРХАЮФКШВБТЕИЧМКТЖЕЭКЛ

ХСНКТВКРЙЧИВЛКЛВАЕУЕ6ПРТВНК

178938905923495763712785904

958390510304Б75352829134507



• Япония: соробан и счет в уме (Hanakawa et al., 2003; ср.: Hatta, Ikeda, 1988)• Португалия: сельская неграмотность и обработка вербальной информации (Castro-Caldes, 2000)• Канада: сортировка почты и «выскакивание» в зрительном поиске (Polk & Farah, 1998)• Великобритания: лондонские таксисты и обработка пространственной информации (Maguire, 2000)• …

Горизонты когнитивной науки

- Когнитивная экономика (Д. Канеман, А. Тверский) и нейроэкономика (Джеймс Хекман и др.)

- Нейроэстетика (В.С. Рамачандран и др.)

- Когнитивная поэтика (Р. Цур) / когнитивная стилистика

- Когнитивная география (спецкурс в университете

Баффало: http://www.geog.buffalo.edu/~dmark/GEO592S04.html)

Когнитивная

… астрономия

… история

… геология

… ботаника

… политология

В КАЧЕСТВЕ ЭПИЛОГА…

1. Ноэм Хомский «Синтаксические структуры» (1957)

2. Дэвид Марр «Зрительное восприятие:

вычислительное исследование отображения и обработки зрительной

информации у человека» (1982)

3. Алан Тьюринг«Вычислительная техника и

интеллект» (1957)

4. Дональд Хэбб«Организация поведения:

нейропсихологический анализ» (1949)

5. Дэвид Румельхарт, Джеймс Макклелланд

«Параллельно-распределеннаяобработка: исследование

микроструктуры познания»(1986)

6. Алан Ньюэлл, Герберт Саймон «Решение задач человеком» (1972)

Миннесотский проект: 100 самых влиятельных работ

по когнитивной науке в XX веке

Миннесотский проект: 100 самых влиятельных работ

по когнитивной науке в XX веке

7. Джерри Фодор «Модульность познания» (1983)

8. Фредерик Чарльз Бартлетт «Припоминание: исследование в области экспериментальной и социальной психологии» (1932)

9. Джордж Миллер«Магическое число 7+2:

о некоторых ограничениях нашей способности обрабатывать

информацию» (1956)

10. Дональд Бродбент«Восприятие и коммуникация»

(1958)

..

.

28. Л.С. Выготский «Мышление и речь» (англ. 1964)..

.

56. А.Р. Лурия «Введение в нейропсихологию»

(англ. 1973)

..

.

ВВЕДЕНИЕ В КОГНИТИВНУЮ НАУКУ

Documents