Kognice a systémová dynamika Stavový prostor •Abstraktní prostor, který umožňuje studovat vývoj systémů v čase •Dimenze stavového prostoru jsou parametry systému a každý bod představuje možný stav systému •V klasické mechanice jsou dimenze stavového prostoru jednak běžné prostorové dimenze a jednak hybnosti •Dimenze stavového prostoru však mohou být zcela obecné veličiny jako teplota a tlak u termodynamických systémů nebo amplitudy a frekvence u oscilujících systémů – např. EEG Příklad - pendulum Trajektorie systému a atraktory •Trajektorie systému je sled stavů systému v po sobě jdoucích časových okamžicích •Atraktor systému je část stavového prostoru ve kterém končí trajektorie systému z nějakého okolí •Typy atraktorů: – –Bodový Cyklický Podivný (strange) – – – – –. atractors VanDerPolPhaseSapce lorenz Příklad mandelbrot Dynamika vztahů lovec - kořist • 52-19b-PopCycleHareLynx-L volterra-lotka LVdynamic mr285 65448c29008a5b699368d6c14eb28ee3 50b25b22aa08b82c92b2a75e86d2dc01 nonmon_complexity nude2 noise Čtyři třídy chování celulárních automatů (Wolfram, 1983) 1.uniformní 2.repetitivní 3.náhodné 4. komplexní burian_samoorganizae_kognice_abstrakt_rtf_1dd7a51 Entropie a struktura oblastí přitažlivosti pro uspořádané, komplexní a chaotické systémy (Wuensche, 1998) • burian_samoorganizae_kognice_abstrakt_rtf_1d3fd24d atractor_basins Kognice a systémová dynamika (základní intuice) • atractors art23-4 art23-6 art23-7 Autonomní kognitivní agent •Dynamický systém schopný rozpoznávat změny prostředí významné pro jeho přežití, reagovat na ně, adaptovat se na ně a ovlivňovat prostředí. •Vlastnosti kognitivních agentů –Jednobuněčný i mnohobuněčný organismus, část organismu, societa –Reálný i simulovaný –Autonomní, situovaný, vtělený, adaptivní –Kognice je vždy interakce Kognice a adaptace •Jaký typ dynamiky by měl mít kognitivní agent •Efektivní kognitivní agent by neměl reagovat: –Chaoticky - tj. na příliš mnoho podnětů nebo příliš různorodě –Uniformně – tj. na příliš málo podnětů nebo příliš stejnorodě •Kompromisem je komplexní chování •Adaptace –Schopnost přizpůsobovat se změnám prostředí –Schopnost komplexního systému udržet svoji komplexitu (samoorganizace) Neurální dynamika (Walter J. Freeman - výzkum dynamiky čichových center) •Znázornění ve fázovém prostoru jehož dimenzemi jsou amplitudy EEG křivek freeman_Fig1 freeman_Fig2 Absence čichového vjemu Čichový vjem pilin spojený s podmíněnou zkušeností Neurální dynamika (Walter J. Freeman - výzkum dynamiky čichových center) •Znázornění pomocí map elektrických potenciálů na povrchu mozkové kůry Fig7 Fig8 Vjem není dán přímo průběhem EEG, ale pomocí mapy elektrického potenciálu Mapy elektrického potenciálu při vjemu zápachu pylin, banánu a znovu zápachu pylin, poté co bylo zvíře naučeno spojovat si zápach banánu s důležitou zkušeností. To co vnímáme není závislé jen na vstupu, ale zejména na naší minulé zkušenosti. Neurální komplexita •Specializace a integrace v mozku •Neurální komplexita je míra dynamiky mozkových procesů, která je nízká právě tehdy, když je systém … –složen pouze z lokálních specializovaných center a není integrován –nebo je naopak integrován, ale postrádá specializovaná centra •Pro systém, který je složen z dobře integrovaných specializovaných center je neurální komplexita vysoká. Neurální komplexita • •Suma průměrné vzájemné informace mezi podmnožinami systému a zbytkem systému • • •CN(X) = Σk=1..n/2 • Dynamika mozkových procesů a neurální komplexita (Edelman a Tononi, 2000) burian_samoorganizae_kognice_abstrakt_rtf_486d5a78 • •