i t I Uvod do i"! kognitivních věd PSY 481 sa 1. Co jsou kognitivní vědy 2. Přehled konstituujících oborů 3. Filosofická východiska 4. Stručná historie 5. Současnost 6. Metodologická východiska 7. Možnosti aplikace 8. Příklady aplikací 9. Shrnutí O JSOU ognitivní vědy ? Definice Slovo kognice označuje všechny procesy, kterými jsou smyslovými vstupy transformovány, zpracovávány, ukládány, vyvolávány a používány. Týká se to i takových procesů, které probíhají za nepřítomnosti relevantních stimulací, například imaginace a halucinace. (Neisser) Věda - je jeden ze způsobů poznání založený na testy ověřitelných popisech světa, získaných pomocí lidského výkladu v přirozených kategoriích obecně pozorovatelných a reprodukovatelných smyslových údajů, získaných interakcí s přirozeným světem. Kuhn? Feierabend? Popper? Lakatos? Co i o isou Definice CS Kognitivní vědy jsou interdisciplinárním přístupem ke studiu mysli a inteligence za použití znalosti z oblasti psychologie, filozofie, lingvistiky, neurověd, antropologie, informatiky, a inženýrství. [...] Studium mysli je z podstaty interdisciplinární, což umožnuje rozdílný vhled i metodologie daných oborů. (z webu University of Waterloo) Kognitivní vědy představují interdisciplinární vědecké zkoumání mysli. Jejich metody a poznatky vycházejí z informatiky, lingvistiky, neurověd, psychologie, kognitivní neuropsychologie a filozofie. Snaží se porozumět jak funguje mysl v termínech procesů operujících na reprezentacích. Mysl jako základ inteligentní akce ve světě je opisovaná v termínech výpočtů a zpracování informace. (Green) Co jsou kognitivní vědy ? 1 Společné znaky definic: 1. Předmětem zkoumání kognitivních věd je obvykle mysl, inteligence, myšlení nebo kognice. 2. Povaha vědeckého zkoumání v kognitivních vědách je interdisciplinární. 3. Předmět kognitivních věd je charakterizovaný v komputačně-reprezentačních pojmech. Body 1.) a 2.) tvoří širokou definici CS, třetí bod (spolu s 1. a. 2.) odlišuje tzv. úzkou definici CS. Obory tvořící CS I ro a proti deiinice Pro: Definice dobře odráží intedisciplinární založení kognitivních věd a také oblasti jejich zájmu. I 9(m\ Proti: Z definice není jasné jaký je rozdíl mezi CS a jednotlivými obory, které CS konstituují. Teoretická vvchodiska Racionalismus (Descartes: 1596-1650) Empirismus (Locke, Hume, Berkeley: 18 stol.) Strukturalismus (Wundt & Tichener: 19 stol.) Analytická filosofie (Frege) Funkcionalismus (James) Behaviorismus (Watson) Informační teorie (Shannon) • Universální gramatika (Chomsky) S rozvojem počítačů dochází v 50 letech 20. století ke změně v pohledu na způsob fungování lidské psychiky. Člověk začíná být nazírán jako „systém zpracovávající informace". Nastává příznivá doba pro rozvoj oblasti, jejíž cílem je pochopení a napodobení lidské kognitivních schopnosti. Cybernetics (Wiener 1947) Communication Theory (Shannon 1949) Computing Machinery and Intelligence (Turing 1950) Linguistics (Chomsky 1956) Dartmouth 1956 - konference, která je považována za místo zrození oboru UI MIT 1956 - konference, která je považována jako místo zrozená oboru CS istorický kontext 1949 Donald O. Hebb publikuje The Organization of Behavior Shannon and Weaver publikují The mathematical theory of the communication 1950 Alan Turing publikuje Computing machinery and intelligence 1952 Egon Brunswick publikuje The conceptual framework of psychology Frederic Bartlett publikuje Think and to Conceive: Experiments of Practical psychology 1956 Jerome Bruner a kol. publikují A study of thinking George A. Miller publikuje v Psychological Review svůj slavný článek magické číslo 7 istorický kontext 1958 Allen Newell, Marvin E. Shaw a Herbert A. Simon. Článek Elements of a Theory of Human Problem Solving, byl prvním pokusem o popis informačního paradigmatu v psychologii. Donald Broadbentpublikuje Perception and Communication 0i 1959 Wolfgang Köhler publikuje Gestalt psychology today Noam Chomsky publikuje jeho revizi knihy Verbal Behavior kterou předtím vydal B. F. Skinner J. J. C. Smart publikuje článek Sensations and Brain Process 1966 J. J. Gibson publikuje The senses considered as perceptual system Jerome S. Brunerova kniha Studies in Cognitive Growth byla vydána. Článek Saula Sternberga High Speed Scanning in Human Memory byl otištěn v časopise Science ístorický kontext 1967 Ulric Neisser publikuje Cognitive Psychology 1971 R. Shepard & J.Metzler publikují článek Mental rotation of 3D objects 1972 A. Newell & H. Simon publikuje Human Problem Solving 1979 J.J. Gibson publikuje The ecological approach to visual perception Lachman, Lachman & Butterfield publikuje Cognitive psychology and information processing: An introduction 1980 John Searle představil svůj článek Minds, Brain, and Programs the Chinese room argument ístorický kontext 1982 David Marr publikuje Vision: an investigation computational the human representation and the processing of the visual information 1983 John R. Anderson publikuje The Architecture of Cognition Jerry Fodor publikuje The Modularity of the Mind 1984 Zenon Pylyshyn publikuje Computation and Cognition 1986 McClelland, J. L. & Rumelhart, D. E. vydávají sérii knih Parallel Distributed Processing A. Paivio publikuje Mental Representations: a dual code approach ístorický kontext 1990 Steven Harnad publikuje článek týkající se ukotvení symbolů 1991 Steven Pinker prezentuje svou teorii akvizice jazyka u dětí 1994 Antonio Damasio navrhuje teorii somatických markerů, podle které mohou emoční procesy ovlivňovat chovaní a rozhodování. I 1996 Giacomo Rizzolatti publikuje článek o zrcadlových neuronech 1999 Lawrence Barsalou publikuje teorii perceptuálního symbolického systému Kl íčové postavy CS M. Gazzaniga M. Minsky A. Newell J. von Neumann U. Neisser J. Searle C. Shannon H. Simon R. Stenberg A. Turing CS a ostatní přístupy I I i I 1' TTTTTT I t ) I I t I l P l l l..... t f { 1 i i I 1 1 azKy apiiKace 1. Prohledávání stavového prostoru 2. Expertní systémy 3. Neuronové sítě 4. Multiagentní systémy 5. Paralelismus 6. Kvantové počítače 7. Robotika 8. GeneticKé programování 9. SebemodifiKující hardware TT r RST & - r r TT TT TT riple 3-lnpul NAND gat. riple 3-lnput AND gate azKy apiiKace i 1. Prohledávání stavových prostorů Různé typy her u kterých lze dospět k řešení algoritmickou cestou Šachové programy - Deep Blue apod. 2. Expertní systémy Systémy se znalostními bázemi pro specifické oblasti GPS - pokus o tvorbu systému řešícího obecně zadanou úlohu MYCIN - program pro pomoc při lékařské diagnostice infekčních chorob CYC - pokus o vytvoření báze obsahující znalosti common sense SOAR - hybridní generace expertních systémů azky aplikace 3. Neuronové sítě NETTalk - aplikace na převod psané řeči do mluvené foném vlastnosti fonému front back tensed stop nasal hi-freq lo-freq výstupní vrstva skrytá vrstva vstupní vrstva n# o O O O O O eO o o © o o o o o © o o © o o © o o o o o the...n — w e — w a ...ited I- okénko (7 písmen) -1 4. A-Life Framstick The Sims azky aplikace Multiagentní systémy - specifická oblast simulace jak agentů tak prostředí. simulace průběhu letu hejna „ptáků" - program pro tvoření umělých societ a sledování jejich interakcí. - hra imitující realný svět autonomní agenti+pravidla kooperace Fylogenetický vývoj organismu za použití Artificial Evolutionary System. Cílem bylo vytvořit tvar písmene T. Výchozí populace obsahovala 40 jedinců. Na obrázku jsou znázorněny nejlépe oceněné tvary po každé šesté generaci. Výsledného tvaru bylo dosaženo v 72 generaci, kdy počet buněk organismu vzrostl na 1400. s oucasnost Oblasti zájmu 1. Rozpoznávání obrazu 2. Analýza a syntéza řeči 4. Kategorizace, konceptualizace 3. Počítačová lingvistika 4. Mentální reprezentace 5. Řešení problémů 6. Rozhodování 7. Plánování 8. Vtělená robotika 9. Strojové učení Studium M oznosti u nás i Magisterský studijní program Kognitivních věd na Komenského univerzitě v Bratislavě Na VŠE v Praze otevřen obor Kognitivní inženýrství Podrobný seznam předmětů zabývajících se kognicí je umístěn na serveru 0í Kognice a umělý život - od roku 2000 každoroční setkání odborníku z Čech i Slovenska Kognice - od roku 2005. Zaměřena spíše na humanitní obory. Po celém světě působí tisíce pracovišť, které se podílejí na výzkumu a vývoji projektů CS. Mezi nejznámnější patří: 1. Japonská robotika - důraz je kladen na praktickou stránku a upotřebitelnost. oučasné projekty - USA 1 I 2. Laboratoře MIT - univerzita, která stála u zrodu CS si zachovává své výhradní postavení. Jsou zde laboratoře UI, neurověd, robotiky ap. s oucasne projekty - Evropa i Q Sixth Framework ProgrammeProjects COSPAL: Cognitive Systems using Perception-Action Learning COSY: Cognitive Systems for Cognitive Assistants euCOGNITION: European Network for the Advancement of Artificial Cognitive Systems ICEA: Integrating Cognition, Emotion and Autonomy MACS: Multisensory Autonomous Cognitive Systems MindRaces: Mind RACES: from Reactive to Anticipatory Cognitive Embodied Systems RASCALLI: Responsive Artificial Situated Cognitive Agents Living and Learning on the Internet SPARK: Spatial-temporal patterns for action-oriented perception in roving robots s oucasne projekty - sport 4. Robotický sport - spíše pro odlehčení. Již několik let probíhají mistrovství světa v robofotbale. Na vývoji „hráčů" a tvorbě strategií pracují specializované týmy. Kognitivní vědy : - interdisciplinární přístup - vznikly v polovině minulého století - zabývají se myšlením, inteligencí a dalšími poznávacímí procesy - paradigmatem je člověk jako informaci zpracovávající systém - integrují v sobě poznatky z více oblastí - navazují na analytickou filozofii - ale snaží se být přístupem syntetickým (syntetizujícím) - kladou důraz na možnosti napodobování - nevyznávají jednotnou architekturu či metodologii - nabízejí značné možnosti v oblasti aplikace riste V následující hodině se budeme zabývat Filozofii mysli Článek k prostudování: Ivan M. Havel : Přirozené a umělé myšlení iako filosofický problém V informačním systému jej naleznete v sekci studijních materiálů. Můžete jej nalézt také na webové adrese http://www.cts.cuni.cz/reports/1999/CTS-99-11.htm nebo v knize Marik, O. (Ed.). (2001). Umelá Inteligence (3). Praha: Academia.