Kognitionswissenschaft - Cognitive science

Abbildung zur Veranschaulichung der Bereiche, die zur Geburt der Kognitionswissenschaft beigetragen haben, darunter Linguistik , Neurowissenschaften , künstliche Intelligenz , Philosophie , Anthropologie und Psychologie

Kognitionswissenschaft ist die interdisziplinäre , wissenschaftliche Erforschung des Geistes und seiner Prozesse. Es untersucht das Wesen, die Aufgaben und die Funktionen der Erkenntnis (im weiteren Sinne). Kognitionswissenschaftler untersuchen Intelligenz und Verhalten, wobei der Schwerpunkt darauf liegt, wie Nervensysteme Informationen darstellen, verarbeiten und umwandeln . Zu den mentalen Fähigkeiten, die für Kognitionswissenschaftler von Bedeutung sind, gehören Sprache , Wahrnehmung , Gedächtnis , Aufmerksamkeit , Argumentation und Emotion ; Um diese Fähigkeiten zu verstehen, schöpfen Kognitionswissenschaftler aus Bereichen wie Linguistik , Psychologie , künstlicher Intelligenz , Philosophie , Neurowissenschaften und Anthropologie . Die typische Analyse der Kognitionswissenschaft umfasst viele Organisationsebenen, vom Lernen und Entscheiden bis hin zu Logik und Planung; von neuronalen Schaltkreisen bis hin zur modularen Gehirnorganisation. Eines der grundlegenden Konzepte der Kognitionswissenschaft ist, dass "Denken am besten in Bezug auf repräsentationale Strukturen im Geist und Rechenverfahren, die auf diesen Strukturen operieren, verstanden werden kann".

Das Ziel der Kognitionswissenschaft ist es, die Prinzipien der Intelligenz zu verstehen mit der Hoffnung, dass dies zu einem besseren Verständnis des Geistes und des Lernens führt und intelligente Geräte zu entwickeln. Die Kognitionswissenschaften begannen in den 1950er Jahren als intellektuelle Bewegung, die oft als kognitive Revolution bezeichnet wird .

Geschichte

Die Kognitionswissenschaften begannen in den 1950er Jahren als intellektuelle Bewegung, die als kognitive Revolution bezeichnet wird . Kognitionswissenschaft hat eine Vorgeschichte rückverfolgbar zu antiken griechischen philosophischen Texten (siehe Plato ‚s Meno und Aristoteles ‘ s De Anima ); und umfasst Schriftsteller wie Descartes , David Hume , Immanuel Kant , Benedict de Spinoza , Nicolas Malebranche , Pierre Cabanis , Leibniz und John Locke . Obwohl diese frühen Autoren jedoch einen großen Beitrag zur philosophischen Entdeckung des Geistes leisteten und dies letztendlich zur Entwicklung der Psychologie führen sollte, arbeiteten sie mit völlig anderen Werkzeugen und Kernkonzepten als die Kognitionswissenschaftler.

Die moderne Kultur der Kognitionswissenschaft lässt sich auf die frühen Kybernetiker in den 1930er und 1940er Jahren zurückverfolgen , wie Warren McCulloch und Walter Pitts , die versuchten, die Organisationsprinzipien des Geistes zu verstehen. McCulloch und Pitts entwickelten die ersten Varianten dessen, was heute als künstliche neuronale Netze bekannt ist , Rechenmodelle, die von der Struktur biologischer neuronaler Netze inspiriert sind .

Ein weiterer Vorläufer war die frühe Entwicklung der Rechentheorie und des Digitalcomputers in den 1940er und 1950er Jahren. Kurt Gödel , Alonzo Church , Alan Turing und John von Neumann waren maßgeblich an dieser Entwicklung beteiligt. Der moderne Computer oder die Von-Neumann-Maschine würde eine zentrale Rolle in der Kognitionswissenschaft spielen, sowohl als Metapher für den Verstand als auch als Werkzeug für die Untersuchung.

Der erste Fall von Experimenten der Kognitionswissenschaft, die an einer akademischen Institution durchgeführt wurden, fand an der MIT Sloan School of Management statt , die von JCR Licklider gegründet wurde , der innerhalb der Psychologieabteilung arbeitet und Experimente mit Computerspeicher als Modelle für die menschliche Kognition durchführt.

1959 veröffentlichte Noam Chomsky eine vernichtende Rezension zu BF Skinners Buch Verbal Behavior . Zu dieser Zeit dominierte Skinners behavioristisches Paradigma das Feld der Psychologie in den Vereinigten Staaten. Die meisten Psychologen konzentrierten sich auf funktionale Beziehungen zwischen Reiz und Reaktion, ohne interne Repräsentationen zu postulieren. Chomsky argumentierte, dass wir zur Erklärung von Sprache eine Theorie wie die generative Grammatik brauchen , die nicht nur interne Repräsentationen zuschreibt, sondern auch ihre zugrunde liegende Ordnung charakterisiert.

Der Begriff Kognitionswissenschaft wurde 1973 von Christopher Longuet-Higgins in seinem Kommentar zum Lighthill-Bericht geprägt , der den damaligen Stand der Forschung zur künstlichen Intelligenz betraf . Im selben Jahrzehnt wurden die Zeitschrift Cognitive Science und die Cognitive Science Society gegründet. 1979 fand an der University of California, San Diego , die Gründungsversammlung der Cognitive Science Society statt , die dazu führte, dass die Kognitionswissenschaft zu einem international sichtbaren Unternehmen wurde. 1972 startete das Hampshire College unter der Leitung von Neil Stillings das erste grundständige Ausbildungsprogramm in Kognitionswissenschaft . 1982 wurde das Vassar College mit Unterstützung von Professor Stillings die erste Institution der Welt, die einen Bachelor-Abschluss in Kognitionswissenschaft verlieh. 1986 wurde an der University of California in San Diego das weltweit erste Institut für Kognitionswissenschaft gegründet .

In den 1970er und frühen 1980er Jahren, als der Zugang zu Computern zunahm, erweiterte sich die Forschung zur künstlichen Intelligenz . Forscher wie Marvin Minsky würden Computerprogramme in Sprachen wie schreiben LISP formal zu versuchen , um die Schritte zu charakterisieren , dass die Menschen gingen durch, zum Beispiel, bei Entscheidungen und Probleme zu lösen, in der Hoffnung auf ein besseres Verständnis menschlichen Denkens , und auch in der Hoffnung, künstliche Köpfe zu erschaffen. Dieser Ansatz wird als „symbolische KI“ bezeichnet.

Schließlich wurden die Grenzen des symbolischen KI-Forschungsprogramms deutlich. Es schien beispielsweise unrealistisch, menschliches Wissen umfassend in einer Form aufzulisten, die von einem symbolischen Computerprogramm verwendet werden kann. In den späten 80er und 90er Jahren kamen neuronale Netze und der Konnektionismus als Forschungsparadigma auf. Unter diesem Gesichtspunkt, der oft James McClelland und David Rumelhart zugeschrieben wird , könnte der Geist als eine Reihe komplexer Assoziationen charakterisiert werden, die als geschichtetes Netzwerk dargestellt werden. Kritiker argumentieren, dass es einige Phänomene gibt, die durch symbolische Modelle besser erfasst werden können, und dass konnektionistische Modelle oft so komplex sind, dass sie wenig Erklärungskraft haben. In letzter Zeit wurden symbolische und konnektionistische Modelle kombiniert, wodurch beide Erklärungsformen genutzt werden können. Während sich sowohl der Konnektionismus als auch der symbolische Ansatz als nützlich erwiesen haben, um verschiedene Hypothesen zu testen und Ansätze zum Verständnis von Aspekten der Kognition und der Gehirnfunktionen auf niedrigerer Ebene zu untersuchen, sind beide nicht biologisch realistisch und leiden daher an einem Mangel an neurowissenschaftlicher Plausibilität. Der Konnektionismus hat sich als nützlich erwiesen, um rechnerisch zu untersuchen, wie Kognition in der Entwicklung entsteht und im menschlichen Gehirn auftritt, und hat Alternativen zu streng domänenspezifischen / domänenallgemeinen Ansätzen bereitgestellt. Wissenschaftler wie Jeff Elman, Liz Bates und Annette Karmiloff-Smith haben beispielsweise postuliert, dass Netzwerke im Gehirn aus der dynamischen Interaktion zwischen ihnen und Umwelteinflüssen entstehen.

Grundsätze

Analyseebenen

Ein zentraler Grundsatz der Kognitionswissenschaft ist, dass ein vollständiges Verständnis des Geistes/Gehirns nicht durch das Studium nur einer einzigen Ebene erreicht werden kann (eine Annahme, die auch im Bereich der kognitiven Modellierung und kognitiven Architekturen gilt). Ein Beispiel wäre das Problem, sich eine Telefonnummer zu merken und sie später abzurufen. Ein Ansatz zum Verständnis dieses Prozesses wäre die Untersuchung des Verhaltens durch direkte Beobachtung oder naturalistische Beobachtung . Einer Person könnte eine Telefonnummer vorgelegt und nach einiger Zeit aufgefordert werden, sie abzurufen; dann könnte die Genauigkeit der Antwort gemessen werden. Ein anderer Ansatz zur Messung der kognitiven Fähigkeiten besteht darin, das Feuern einzelner Neuronen zu untersuchen, während eine Person versucht, sich an die Telefonnummer zu erinnern. Keines dieser Experimente allein würde vollständig erklären, wie das Erinnern einer Telefonnummer funktioniert. Selbst wenn die Technologie zum Abbilden jedes Neurons im Gehirn in Echtzeit verfügbar wäre und bekannt wäre, wann jedes Neuron gefeuert wurde, wäre es immer noch unmöglich zu wissen, wie sich ein bestimmtes Feuern von Neuronen auf das beobachtete Verhalten auswirkt. Daher ist es unabdingbar, zu verstehen, wie diese beiden Ebenen miteinander in Beziehung stehen. The Embodied Mind: Cognitive Science and Human Experience sagt: "Die neuen Wissenschaften des Geistes müssen ihren Horizont erweitern, um sowohl gelebte menschliche Erfahrung als auch die der menschlichen Erfahrung innewohnenden Transformationsmöglichkeiten zu umfassen". Dies kann durch eine funktionale Ebene des Prozesses bereitgestellt werden. Die Untersuchung eines bestimmten Phänomens auf mehreren Ebenen führt zu einem besseren Verständnis der Prozesse, die im Gehirn ablaufen, um ein bestimmtes Verhalten hervorzurufen. Marr gab eine berühmte Beschreibung von drei Analyseebenen:

1. Die Computertheorie , die die Ziele der Berechnung spezifiziert;
2. Darstellung und Algorithmen , die eine Darstellung der Ein- und Ausgänge und der Algorithmen, die einen in den anderen umwandeln; und
3. Die Hardwareimplementierung oder wie Algorithmus und Darstellung physikalisch realisiert werden können.

Interdisziplinärer Charakter

Kognitionswissenschaft ist ein interdisziplinäres Feld mit Beiträgen aus verschiedenen Bereichen, darunter Psychologie , Neurowissenschaften , Linguistik , Philosophie des Geistes , Informatik , Anthropologie und Biologie . Kognitionswissenschaftler arbeiten kollektiv in der Hoffnung, den Geist und seine Wechselwirkungen mit der umgebenden Welt zu verstehen, ähnlich wie es andere Wissenschaften tun. Das Fachgebiet versteht sich als kompatibel mit den Naturwissenschaften und verwendet die wissenschaftliche Methode ebenso wie Simulation oder Modellierung , wobei die Ausgabe von Modellen häufig mit Aspekten der menschlichen Kognition verglichen wird. Ähnlich wie in der Psychologie gibt es einige Zweifel, ob es eine einheitliche Kognitionswissenschaft gibt, was dazu geführt hat, dass einige Forscher „Kognitionswissenschaften“ im Plural bevorzugen.

Viele, aber nicht alle, die sich als Kognitionswissenschaftler bezeichnen, vertreten eine funktionalistische Sichtweise des Geistes – die Ansicht, dass mentale Zustände und Prozesse durch ihre Funktion – das, was sie tun – erklärt werden sollten. Nach der multiplen Realisierbarkeitsrechnung des Funktionalismus kann auch nicht-menschlichen Systemen wie Robotern und Computern Kognition zugeschrieben werden.

Kognitionswissenschaft : der Begriff

Der Begriff „kognitiv“ in der „kognitiven Wissenschaft“ wird für „jede Art von mentaler Operation oder Struktur verwendet, die genau untersucht werden kann“ ( Lakoff und Johnson , 1999). Diese Konzeptualisierung ist sehr weit gefasst und sollte nicht damit verwechselt werden, wie "kognitiv" in einigen Traditionen der analytischen Philosophie verwendet wird , wo "kognitiv" nur mit formalen Regeln und wahrheitsbedingter Semantik zu tun hat.

Die frühesten Einträge für das Wort „ kognitiv “ in der OED bedeuten, dass es ungefähr „die Handlung oder den Prozess des Erkennens betreffend“ bedeutet . Der erste Eintrag, von 1586 zeigt das Wort zu einer Zeit im Rahmen der Diskussionen der verwendet wurde , war platonischer Theorien des Wissens . Die meisten in der Kognitionswissenschaft glauben jedoch vermutlich nicht, dass ihr Fachgebiet das Studium von etwas so Sicherem ist wie dem von Platon gesuchten Wissen.

Umfang

Kognitionswissenschaft ist ein weites Feld und deckt ein breites Spektrum an Kognitionsthemen ab. Es sollte jedoch anerkannt werden, dass sich die Kognitionswissenschaft nicht immer mit jedem Thema, das für die Natur und die Funktionsweise des Geistes von Bedeutung sein könnte, gleichermaßen beschäftigt hat. Unter Philosophen haben klassische Kognitivisten soziale und kulturelle Faktoren, Emotionen, Bewusstsein, Tierkognition und vergleichende und evolutionäre Psychologien weitgehend abgeschwächt oder vermieden . Mit dem Niedergang des Behaviorismus wurden jedoch innere Zustände wie Affekte und Emotionen sowie Bewusstheit und verdeckte Aufmerksamkeit wieder zugänglich. Beispielsweise berücksichtigen situierte und verkörperte Kognitionstheorien den aktuellen Zustand der Umwelt sowie die Rolle des Körpers bei der Kognition. Mit der neu gefundenen Betonung der Informationsverarbeitung war beobachtbares Verhalten nicht mehr das Markenzeichen der psychologischen Theorie, sondern die Modellierung oder Aufzeichnung mentaler Zustände.

Im Folgenden sind einige der Hauptthemen aufgeführt, mit denen sich die Kognitionswissenschaft beschäftigt. Dies ist keine vollständige Liste. Siehe Liste der Themen der Kognitionswissenschaft für eine Liste verschiedener Aspekte des Feldes.

Künstliche Intelligenz

Künstliche Intelligenz (KI) umfasst das Studium kognitiver Phänomene in Maschinen. Eines der praktischen Ziele von KI ist es, Aspekte der menschlichen Intelligenz in Computern zu implementieren. Computer werden auch häufig als Werkzeug verwendet, um kognitive Phänomene zu studieren. Computermodellierung verwendet Simulationen, um zu untersuchen, wie menschliche Intelligenz strukturiert sein kann. (Siehe § Computermodellierung .)

Auf diesem Gebiet gibt es einige Diskussionen darüber, ob der Geist am besten als eine riesige Ansammlung kleiner, aber einzeln schwacher Elemente (dh Neuronen) oder als eine Ansammlung von Strukturen höherer Ebene wie Symbole, Schemata, Pläne und Regeln betrachtet werden kann. Die erstere Ansicht verwendet Konnektionismus , um den Geist zu studieren, während die letztere die symbolische künstliche Intelligenz betont . Eine Möglichkeit, das Problem zu betrachten, ist, ob es möglich ist, ein menschliches Gehirn auf einem Computer genau zu simulieren, ohne die Neuronen, aus denen das menschliche Gehirn besteht, genau zu simulieren.

Beachtung

Aufmerksamkeit ist die Auswahl wichtiger Informationen. Der menschliche Geist wird mit Millionen von Reizen bombardiert und muss entscheiden können, welche dieser Informationen verarbeitet werden sollen. Aufmerksamkeit wird manchmal als Scheinwerfer betrachtet, was bedeutet, dass man nur eine bestimmte Information ins Licht rücken kann. Experimente, die diese Metapher stützen, umfassen die dichotische Höraufgabe (Cherry, 1957) und Studien zur unaufmerksamen Blindheit (Mack und Rock, 1998). Bei der dichotischen Höraufgabe werden die Probanden mit zwei verschiedenen Botschaften bombardiert, eine in jedem Ohr, und aufgefordert, sich auf nur eine der Botschaften zu konzentrieren. Wenn die Probanden am Ende des Experiments nach dem Inhalt der unbeaufsichtigten Nachricht gefragt werden, können sie diese nicht melden.

Kenntnisse und Verarbeitung der Sprache

Ein bekanntes Beispiel für einen Phrasenstrukturbaum . Dies ist eine Möglichkeit, menschliche Sprache darzustellen, die zeigt, wie verschiedene Komponenten hierarchisch organisiert sind.

Die Fähigkeit, Sprache zu lernen und zu verstehen, ist ein äußerst komplexer Prozess. Sprache wird in den ersten Lebensjahren erworben, und alle Menschen sind unter normalen Umständen in der Lage, Sprache kompetent zu erwerben. Eine wesentliche treibende Kraft auf dem Gebiet der theoretischen Sprachwissenschaft ist die Entdeckung des abstrakten Charakters der Sprache, um auf diese Weise erlernt zu werden. Einige der treibenden Forschungsfragen bei der Untersuchung, wie das Gehirn selbst Sprache verarbeitet, sind: (1) Inwieweit ist sprachliches Wissen angeboren oder erlernt? (2) Warum ist es für Erwachsene schwieriger als für Erwachsene, eine Zweitsprache zu erwerben? Säuglinge, um ihre Erstsprache zu erwerben? und (3) Wie sind Menschen in der Lage, neue Sätze zu verstehen?

Das Studium der Sprachverarbeitung reicht von der Untersuchung der Lautmuster der Sprache bis hin zur Bedeutung von Wörtern und ganzen Sätzen. Die Linguistik unterteilt die Sprachverarbeitung oft in Orthographie , Phonetik , Phonologie , Morphologie , Syntax , Semantik und Pragmatik . Viele Aspekte der Sprache können aus jeder dieser Komponenten und aus deren Interaktion studiert werden.

Das Studium der Sprachverarbeitung in den Kognitionswissenschaften ist eng mit dem Gebiet der Linguistik verbunden. Die Linguistik wurde traditionell als Teil der Geisteswissenschaften studiert, einschließlich der Studien der Geschichte, Kunst und Literatur. In den letzten fünfzig Jahren haben immer mehr Forscher das Wissen und die Verwendung von Sprache als kognitives Phänomen untersucht, wobei die Hauptprobleme darin bestehen, wie Sprachwissen erworben und verwendet werden kann und woraus es genau besteht. Linguisten haben herausgefunden, dass Menschen zwar Sätze bilden, die anscheinend von sehr komplexen Systemen gesteuert werden, dass sie sich jedoch der Regeln, die ihre eigene Sprache bestimmen, bemerkenswert nicht bewusst sind. Linguisten müssen daher auf indirekte Methoden zurückgreifen, um zu bestimmen, was diese Regeln sein könnten, wenn es tatsächlich Regeln als solche gibt. Auf jeden Fall, wenn die Sprache tatsächlich von Regeln bestimmt wird, erscheinen sie für jede bewusste Betrachtung undurchsichtig.

Lernen und entwickeln

Lernen und Entwicklung sind die Prozesse, durch die wir im Laufe der Zeit Wissen und Informationen erwerben. Säuglinge werden mit wenig oder keinem Wissen geboren (je nachdem, wie Wissen definiert wird), aber sie erwerben schnell die Fähigkeit, Sprache zu verwenden, zu gehen und Menschen und Gegenstände zu erkennen . Die Forschung im Bereich Lernen und Entwicklung zielt darauf ab, die Mechanismen zu erklären, durch die diese Prozesse ablaufen können.

Eine wichtige Frage bei der Erforschung der kognitiven Entwicklung ist, inwieweit bestimmte Fähigkeiten angeboren oder erlernt sind. Dies wird oft in Bezug auf die Natur- und Erziehungsdebatte formuliert . Die nativistische Sichtweise betont, dass bestimmte Merkmale einem Organismus angeboren sind und durch seine genetische Ausstattung bestimmt werden. Die empiristische Sicht hingegen betont, dass bestimmte Fähigkeiten aus der Umgebung erlernt werden. Obwohl eindeutig sowohl genetische als auch umweltbedingte Einflüsse erforderlich sind, damit sich ein Kind normal entwickeln kann, bleibt eine beträchtliche Debatte darüber, wie genetische Informationen die kognitive Entwicklung steuern könnten. Im Bereich des Spracherwerbs haben beispielsweise einige (wie Steven Pinker ) argumentiert, dass spezifische Informationen mit universellen grammatikalischen Regeln in den Genen enthalten sein müssen, während andere (wie Jeffrey Elman und Kollegen in Rethinking Innateness ) argumentiert haben, dass Pinkers Behauptungen sind biologisch unrealistisch. Sie argumentieren, dass Gene die Architektur eines lernenden Systems bestimmen, dass aber spezifische „Fakten“ über die Funktionsweise der Grammatik nur durch Erfahrung erlernt werden können.

Speicher

Das Gedächtnis ermöglicht es uns, Informationen für einen späteren Abruf zu speichern. Das Gedächtnis wird oft als ein Langzeit- und ein Kurzzeitspeicher angesehen. Das Langzeitgedächtnis ermöglicht es uns, Informationen über längere Zeiträume (Tage, Wochen, Jahre) zu speichern. Wir kennen noch nicht die praktische Grenze der Langzeitgedächtniskapazität. Das Kurzzeitgedächtnis ermöglicht es uns, Informationen über kurze Zeitskalen (Sekunden oder Minuten) zu speichern.

Gedächtnis wird auch oft in deklarative und prozedurale Formen gruppiert. Das deklarative Gedächtnis – gruppiert in Untergruppen semantischer und episodischer Gedächtnisformen – bezieht sich auf unser Gedächtnis für Fakten und spezifisches Wissen, spezifische Bedeutungen und spezifische Erfahrungen (z. B. „Sind Äpfel Essen?“ oder „Was habe ich vor vier Tagen zum Frühstück gegessen ?"). Das prozedurale Gedächtnis ermöglicht es uns, uns an Handlungen und motorische Abläufe zu erinnern (z. B. wie man Fahrrad fährt) und wird oft als implizites Wissen oder Gedächtnis bezeichnet.

Kognitionswissenschaftler untersuchen das Gedächtnis genauso wie Psychologen, konzentrieren sich jedoch eher darauf, wie sich das Gedächtnis auf kognitive Prozesse auswirkt und auf die Wechselbeziehung zwischen Kognition und Gedächtnis. Ein Beispiel dafür könnte sein, welche mentalen Prozesse eine Person durchläuft, um eine lange verlorene Erinnerung wiederzugewinnen? Oder was unterscheidet den kognitiven Prozess des Wiedererkennens (Andeutungen von etwas sehen, bevor man sich daran erinnert, oder das Gedächtnis im Kontext) und das Abrufen (das Abrufen einer Erinnerung, wie beim "Fill-in-the-Blank")?

Wahrnehmung und Handlung

Der Necker-Würfel , ein Beispiel für eine optische Täuschung

Eine optische Täuschung. Das Quadrat A hat genau den gleichen Grauton wie das Quadrat B. Siehe Schachbrett-Schatten-Illusion .

Wahrnehmung ist die Fähigkeit, Informationen über die Sinne aufzunehmen und in irgendeiner Weise zu verarbeiten. Sehen und Hören sind zwei dominante Sinne, die es uns ermöglichen, die Umwelt wahrzunehmen. Einige Fragen im Studium der visuellen Wahrnehmung sind zum Beispiel: (1) Wie können wir Objekte erkennen?, (2) Warum nehmen wir eine kontinuierliche visuelle Umgebung wahr, obwohl wir immer nur kleine Teile davon sehen Zeit? Ein Werkzeug zur Untersuchung der visuellen Wahrnehmung besteht darin, zu untersuchen, wie Menschen optische Täuschungen verarbeiten . Das rechte Bild eines Necker-Würfels ist ein Beispiel für eine bistabile Wahrnehmung, dh der Würfel kann so interpretiert werden, dass er in zwei verschiedene Richtungen orientiert ist.

Auch die Erforschung haptischer ( taktiler ), olfaktorischer und gustatorischer Reize fällt in den Bereich der Wahrnehmung.

Es wird eine Aktion ausgeführt, um auf die Ausgabe eines Systems zu verweisen. Beim Menschen geschieht dies durch motorische Reaktionen. Raumplanung und Bewegung, Sprachproduktion und komplexe motorische Bewegungen sind alles Aspekte des Handelns.

Bewusstsein

Bewusstsein ist das Bewusstsein, ob etwas ein äußeres Objekt oder etwas in einem selbst ist. Dies hilft dem Geist, ein Gefühl des Selbst zu erfahren oder zu fühlen .

Forschungsmethoden

Viele verschiedene Methoden werden verwendet, um Kognitionswissenschaften zu studieren. Da das Fachgebiet stark interdisziplinär ist, ist die Forschung oft über mehrere Studienbereiche hinweg und stützt sich dabei auf Forschungsmethoden aus Psychologie , Neurowissenschaften , Informatik und Systemtheorie .

Verhaltensexperimente

Um eine Beschreibung dessen zu haben, was intelligentes Verhalten ausmacht, muss man das Verhalten selbst untersuchen. Diese Art der Forschung ist eng mit der der Kognitionspsychologie und der Psychophysik verbunden . Durch die Messung von Verhaltensreaktionen auf verschiedene Reize kann man etwas darüber verstehen, wie diese Reize verarbeitet werden. Lewandowski & Strohmetz (2009) überprüften eine Sammlung innovativer Anwendungen der Verhaltensmessung in der Psychologie, einschließlich Verhaltensspuren, Verhaltensbeobachtungen und Verhaltensentscheidungen. Verhaltensspuren sind Beweise, die darauf hinweisen, dass ein Verhalten aufgetreten ist, aber der Akteur nicht anwesend ist (z. B. Abfall auf einem Parkplatz oder Ablesungen an einem Stromzähler). Verhaltensbeobachtungen beinhalten das direkte Beobachten des Akteurs, der sich auf das Verhalten einlässt (z. B. zu beobachten, wie nah eine Person neben einer anderen Person sitzt). Verhaltensentscheidungen sind, wenn eine Person zwischen zwei oder mehr Optionen wählt (zB Wahlverhalten, Wahl einer Bestrafung für einen anderen Teilnehmer).

• Reaktionszeit. Die Zeit zwischen der Präsentation eines Reizes und einer angemessenen Reaktion kann auf Unterschiede zwischen zwei kognitiven Prozessen hinweisen und kann einige Dinge über ihre Natur aussagen. Variieren beispielsweise bei einer Suchaufgabe die Reaktionszeiten proportional mit der Anzahl der Elemente, dann ist klar, dass es sich bei diesem kognitiven Suchprozess um eine serielle statt um eine parallele Verarbeitung handelt.
• Psychophysische Reaktionen. Psychophysische Experimente sind eine alte psychologische Technik, die von der kognitiven Psychologie übernommen wurde. Sie beinhalten typischerweise die Beurteilung einer physikalischen Eigenschaft, z. B. die Lautstärke eines Tons. Die Korrelation subjektiver Skalen zwischen Individuen kann kognitive oder sensorische Verzerrungen im Vergleich zu tatsächlichen physischen Messungen zeigen. Einige Beispiele sind:
  • Gleichheitsbeurteilungen für Farben, Töne, Texturen usw.
  • Schwellenwertunterschiede für Farben, Töne, Texturen usw.
• Eye-Tracking . Diese Methodik wird verwendet, um eine Vielzahl kognitiver Prozesse zu untersuchen, insbesondere die visuelle Wahrnehmung und die Sprachverarbeitung. Der Fixationspunkt der Augen ist mit dem Aufmerksamkeitsfokus einer Person verbunden. So können wir durch die Überwachung der Augenbewegungen untersuchen, welche Informationen zu einem bestimmten Zeitpunkt verarbeitet werden. Eyetracking ermöglicht es uns, kognitive Prozesse auf extrem kurzen Zeitskalen zu untersuchen. Augenbewegungen spiegeln die Online-Entscheidungsfindung während einer Aufgabe wider und geben uns einen Einblick in die Art und Weise, wie diese Entscheidungen verarbeitet werden können.

Gehirnscan

Bild des menschlichen Kopfes mit dem Gehirn. Der Pfeil zeigt die Position des Hypothalamus an .

Bei der Bildgebung des Gehirns wird die Aktivität im Gehirn analysiert, während verschiedene Aufgaben ausgeführt werden. Dies ermöglicht es uns, Verhalten und Gehirnfunktion zu verknüpfen, um zu verstehen, wie Informationen verarbeitet werden. Unterschiedliche Arten von Bildgebungsverfahren unterscheiden sich in ihrer zeitlichen (zeitbasierten) und räumlichen (ortsbasierten) Auflösung. Die Bildgebung des Gehirns wird häufig in den kognitiven Neurowissenschaften verwendet .

• Einzelphotonen-Emissions-Computertomographie und Positronen-Emissions-Tomographie . SPECT und PET verwenden radioaktive Isotope, die in den Blutkreislauf des Probanden injiziert und vom Gehirn aufgenommen werden. Indem wir beobachten, welche Bereiche des Gehirns das radioaktive Isotop aufnehmen, können wir sehen, welche Bereiche des Gehirns aktiver sind als andere Bereiche. PET hat eine ähnliche räumliche Auflösung wie fMRT, aber eine extrem schlechte zeitliche Auflösung.
• Elektroenzephalographie . Das EEG misst die elektrischen Felder, die von großen Neuronenpopulationen im Kortex erzeugt werden, indem eine Reihe von Elektroden auf der Kopfhaut des Probanden platziert wird. Diese Technik hat eine extrem hohe zeitliche Auflösung, aber eine relativ schlechte räumliche Auflösung.
• Funktionelle Magnetresonanztomographie . fMRT misst die relative Menge an sauerstoffreichem Blut, das zu verschiedenen Teilen des Gehirns fließt. Es wird angenommen, dass mehr sauerstoffreiches Blut in einer bestimmten Region mit einer Zunahme der neuralen Aktivität in diesem Teil des Gehirns korreliert. Dadurch können wir bestimmte Funktionen innerhalb verschiedener Hirnregionen lokalisieren. fMRT hat eine mäßige räumliche und zeitliche Auflösung.
• Optische Abbildung . Diese Technik verwendet Infrarot-Sender und -Empfänger, um die Lichtreflexion durch Blut in der Nähe verschiedener Bereiche des Gehirns zu messen. Da sauerstoffreiches und sauerstoffarmes Blut Licht unterschiedlich stark reflektiert, können wir untersuchen, welche Bereiche aktiver sind (dh diejenigen, die mehr sauerstoffreiches Blut haben). Die optische Bildgebung hat eine mäßige zeitliche Auflösung, aber eine schlechte räumliche Auflösung. Es hat auch den Vorteil, dass es extrem sicher ist und zur Untersuchung des Gehirns von Säuglingen verwendet werden kann.
• Magnetoenzephalographie . MEG misst Magnetfelder, die aus kortikaler Aktivität resultieren. Es ist dem EEG ähnlich,hat jedoch eine verbesserte räumliche Auflösung, da die gemessenen Magnetfelder durch die Kopfhaut, Hirnhäute usw. nicht so verschwommen oder abgeschwächt werden wie die im EEG gemessene elektrische Aktivität. MEG verwendet SQUID-Sensoren, um winzige Magnetfelder zu erkennen.

Computermodellierung

Ein künstliches neuronales Netz mit zwei Schichten.

Rechenmodelle erfordern eine mathematisch und logisch formale Darstellung eines Problems. Computermodelle werden bei der Simulation und experimentellen Überprüfung verschiedener spezifischer und allgemeiner Eigenschaften von Intelligenz verwendet . Computermodellierung kann uns helfen, die funktionale Organisation eines bestimmten kognitiven Phänomens zu verstehen. Ansätze zur kognitiven Modellierung können kategorisiert werden als: (1) symbolisch, auf abstrakte mentale Funktionen eines intelligenten Geistes mittels Symbolen; (2) subsymbolisch, über die neuralen und assoziativen Eigenschaften des menschlichen Gehirns; und (3) über die symbolisch-subsymbolische Grenze, einschließlich Hybrid.

• Die symbolische Modellierung hat sich aus den Paradigmen der Informatik unter Verwendung der Technologien wissensbasierter Systeme sowie einer philosophischen Perspektive (zB "Good Old-Fashioned Artificial Intelligence" ( GOFAI )) entwickelt. Sie wurden von den ersten Kognitionsforschern entwickelt und später in der Informationstechnik für Expertensysteme eingesetzt . Seit den frühen 1990er Jahren wurde es in der Systemik zur Untersuchung funktionaler menschenähnlicher Intelligenzmodelle, wie zum Beispiel Personoiden , verallgemeinert und parallel als SOAR- Environment weiterentwickelt. In letzter Zeit wurde die symbolische kognitive Modellierung insbesondere im Kontext kognitiver Entscheidungsfindung auf den sozio-kognitiven Ansatz erweitert, einschließlich der sozialen und organisatorischen Kognition, die mit einer subsymbolischen unbewussten Schicht verbunden ist.
• Die subsymbolische Modellierung umfasst konnektionistische/neuronale Netzwerkmodelle . Der Konnektionismus beruht auf der Idee, dass der Geist/das Gehirn aus einfachen Knoten besteht und seine Fähigkeit zur Problemlösung aus den Verbindungen zwischen ihnen abgeleitet wird. Neuronale Netze sind Lehrbuchimplementierungen dieses Ansatzes. Einige Kritiker dieses Ansatzes meinen, dass diese Modelle sich zwar der biologischen Realität als Repräsentation der Funktionsweise des Systems nähern, diesen Modellen jedoch an Erklärungskraft fehlen, da sie selbst in Systemen mit einfachen Verbindungsregeln aufgrund der entstehenden hohen Komplexität an der Verbindungsstelle weniger interpretierbar sind. als auf makroskopischer Ebene.
• Andere Ansätze, die an Popularität gewinnen, sind (1) dynamische Systemtheorie, (2) Abbildung symbolischer Modelle auf konnektionistische Modelle (Neural-symbolische Integration oder hybride intelligente Systeme ) und (3) Bayessche Modelle , die oft aus dem maschinellen Lernen stammen .

Alle oben genannten Ansätze werden tendenziell auf die Form integrierter Rechenmodelle einer synthetischen/abstrakten Intelligenz verallgemeinert, um auf die Erklärung und Verbesserung individueller und sozialer/organisatorischer Entscheidungsfindung und Argumentation angewendet zu werden .

Neurobiologische Methoden

Auch Forschungsmethoden, die direkt aus den Neurowissenschaften und der Neuropsychologie entlehnt sind, können uns helfen, Aspekte der Intelligenz zu verstehen. Diese Methoden ermöglichen es uns zu verstehen, wie intelligentes Verhalten in einem physikalischen System implementiert wird.

• Einzelgerät-Aufnahme
• Direkte Hirnstimulation
• Tiermodelle
• Obduktionsstudien

Das einzige Lehrbuch, das alle diese Bereiche umfasst und das 3 Auflagen durchlaufen hat, ist

Wichtigste Ergebnisse

Die Kognitionswissenschaft hat Modelle der menschlichen kognitiven Verzerrung und Risikowahrnehmung hervorgebracht und war einflussreich bei der Entwicklung der Behavioral Finance , einem Teil der Wirtschaftswissenschaften . Es hat auch eine neue Theorie der Mathematikphilosophie (in Bezug auf die denotationale Mathematik) und viele Theorien der künstlichen Intelligenz , der Überzeugung und des Zwanges hervorgebracht . Sie hat sich in der Sprachphilosophie und Erkenntnistheorie einen Namen gemacht und bildet einen wesentlichen Flügel der modernen Linguistik . Bereiche der Kognitionswissenschaft waren einflussreich beim Verständnis der besonderen Funktionssysteme (und Funktionsdefizite) des Gehirns, die von der Sprachproduktion über die auditive Verarbeitung bis hin zur visuellen Wahrnehmung reichen. Es hat Fortschritte beim Verständnis der Auswirkungen von Schäden in bestimmten Bereichen des Gehirns auf die Kognition gemacht und dazu beigetragen, die Ursachen und Folgen spezifischer Dysfunktionen wie Legasthenie , Anopie und hemispatialer Vernachlässigung aufzudecken .

Kritik

Siehe Kritik der kognitiven Psychologie .

Bemerkenswerte Forscher

Einige der bekannteren Namen in der Kognitionswissenschaft sind normalerweise entweder die umstrittensten oder die am häufigsten zitierten. Innerhalb der Philosophie sind einige bekannte Namen Daniel Dennett , der aus der Perspektive von Computersystemen schreibt, John Searle , der für sein umstrittenes chinesisches Raumargument bekannt ist, und Jerry Fodor , der den Funktionalismus befürwortet .

Andere sind David Chalmers , der den Dualismus befürwortet und auch dafür bekannt ist, das schwierige Problem des Bewusstseins zu artikulieren , und Douglas Hofstadter , berühmt für seine Schriften von Gödel, Escher, Bach , die die Natur von Worten und Gedanken in Frage stellen.

Auf dem Gebiet der Linguistik waren Noam Chomsky und George Lakoff einflussreich (beide wurden auch als politische Kommentatoren bekannt). In der künstlichen Intelligenz sind Marvin Minsky , Herbert A. Simon und Allen Newell prominent.

Beliebte Namen in der Psychologie sind George A. Miller , James McClelland , Philip Johnson-Laird , Lawrence Barsalou , Vittorio Guidano , Howard Gardner und Steven Pinker . Die Anthropologen Dan Sperber , Edwin Hutchins , Bradd Shore , James Wertsch und Scott Atran haben in Kooperationsprojekten mit Kognitions- und Sozialpsychologen, Politikwissenschaftlern und Evolutionsbiologen versucht, allgemeine Theorien der Kulturbildung, Religion und politischen Assoziation zu entwickeln.

Computertheorien (mit Modellen und Simulationen) wurden auch von David Rumelhart , James McClelland und Philip Johnson-Laird entwickelt .

Epistemik

Epistemics ist ein Begriff, der 1969 von der University of Edinburgh mit der Gründung ihrer School of Epistemics geprägt wurde. Die Erkenntnistheorie ist von der Erkenntnistheorie dadurch zu unterscheiden, dass die Erkenntnistheorie die philosophische Erkenntnistheorie ist, während die Erkenntnistheorie die wissenschaftliche Erforschung des Wissens bedeutet.

Christopher Longuet-Higgins hat es definiert als "die Konstruktion formaler Modelle der Prozesse (wahrnehmungsbezogen, intellektuell und sprachlich), durch die Wissen und Verstehen erreicht und kommuniziert werden". In seinem 1978 erschienenen Essay "Epistemics: The Regulative Theory of Cognition" behauptet Alvin I. Goldman , den Begriff "Epistemics" geprägt zu haben, um eine Neuorientierung der Erkenntnistheorie zu beschreiben. Goldman behauptet, dass seine Epistemik mit der traditionellen Epistemologie fortschreitet und der neue Begriff nur dazu dient, Widerspruch zu vermeiden. Epistemik unterscheidet sich in Goldmans Version nur geringfügig von der traditionellen Epistemologie in ihrer Verbindung mit der Erkenntnispsychologie; Epistemics betont die detaillierte Untersuchung von mentalen Prozessen und Informationsverarbeitungsmechanismen, die zu Wissen oder Überzeugungen führen.

Mitte der 1980er Jahre wurde die School of Epistemics in The Center for Cognitive Science (CCS) umbenannt. 1998 wurde CCS in die School of Informatics der University of Edinburgh eingegliedert .

Siehe auch

Umrisse

• Gliederung der menschlichen Intelligenz – Themenbaum mit den Merkmalen, Fähigkeiten, Modellen und Forschungsfeldern der menschlichen Intelligenz und mehr.
• Gedankengliederung – Themenbaum, der viele Arten von Gedanken, Denkarten, Gedankenaspekten, verwandten Bereichen und mehr identifiziert.

Verweise

Externe Links

• Medien im Zusammenhang mit Kognitionswissenschaft bei Wikimedia Commons
• Zitate zu Kognitionswissenschaft bei Wikiquote
• Lernmaterialien zu Kognitionswissenschaft bei Wikiversity
• "Cognitive Science" in der Stanford Encyclopedia of Philosophy
• Kognitionswissenschaftliche Gesellschaft
• Cognitive Science Movie Index: Eine breite Liste von Filmen zu Themen der Kognitionswissenschaften
• Liste der führenden Denker der Kognitionswissenschaft