C1. Kognitivní vědy Jakub MÍŠA (2006)
3.
Výpočetně-reprezentační chápání mysli v kognitivní vědě
Komputačně-reprezentační uchopení mysli (Computational-Representational Understanding of Mind, CRUM) Hlavní hypotéza kognitivní vědy Myšlení lze nejlépe pochopit v názvosloví reprezentujících struktur v mysli, a v pojmosloví výpočetních procedur, které na těchto strukturách operují. I když panuje hodně sporů o povaze reprezentací i výpočetních postupů, které konstituují myšlenkové procesy, centrální hypotéza je dostatečně obecná a dává tak prostor všem současným myšlenkovým proudům v kognitivní vědě. V případě CRUM jde o bezpochyby nejúspěšnější přístup ke studiu myšlení po teoretické i experimentální stránce, jaký byl zatím vyvinut. Svému úspěchu vděčí CRUM do značné míry proto, že používá analogii odvozenou z vývoje počítačů. Analogie jsou často velkým přínosem pro formulaci nových vědeckých myšlenek. Srovnáme-li pomysl s počítačovým programem, objevíme spoustu podobností. Počítačový program sestává ze struktury dat a z algoritmů. Moderní programovací jazyky obsahují nejrůznější struktury dat, například posloupnost písmen (například „abc“, čísla (např. 3) a také komplexnější struktury, jakými jsou seznamy položek (A B C) a větvené struktury (stromy). Lze pak definovat algoritmy – mechanické procedury určené k operacím s různými druhy struktur. Lze například definovat proceduru REVERSE, která obrátí pořadí položek v seznamu – z (A B C) vytvoří (C B A). Tato procedura sestává z procedur nižšího řádu, které berou prvky jednoho seznamu a kladou je na počátek seznamu nového. Obrácený seznam se tak v počítači vytvoří tak, že se vezme (A) a před něj se postupně přesune B – vznikne (B A) a C – vznikne (C B A). Teorie CRUM předpokládá, že v mysli existují mentální reprezentace analogické datovým strukturám (souborům) a výpočetní procedury podobné algoritmům: PROGRAM datové struktury + algoritmy = běh programu
MYSL mentální reprezentace + výpočetní procedury = myšlení
Takto tedy vypadá i dominantní analogie kognitivní vědy, i když dnes chytila i nový dech i z jiné analogie – ze struktury mozku. Konekcionisté prosazují jiný obraz pro reprezentace a výpočetní procedury: neurony a jejich propojení zde hrají roli datových struktur a nervové vzruchy se šířením aktivace jsou analogií algoritmů. Koncepce CRUM se tak stává složitou trojnásobnou analogií propojující myšlení, mozek a počítače. Kterákoli z těchto oblastí se může stát inspirací pro dvě ostatní. Neexistuje jen jediný počítačový pohled mysli, protože různé druhy počítačů a programovacích postupů jsou zdrojem i různých alternativních představ o jejím fungování. Počítače jsou seriálními procesory, které v každém okamžiku provádějí vždy jen jednu instrukci. Avšak mozek, jako i některé nejnovější počítače, jsou procesory paralelními, schopnými mnoha operací současně. Přístup CRUM pracuje s tímto vysvětlujícím schématem: Cíl vysvětlení Zjistit, proč člověk projevuje inteligentní chování, a to právě toho druhu, který pozorujeme.
C1-03
1/7
Vysvětlovací schéma Člověk je schopen mentálních reprezentací. Je také schopen algoritmických procedur operujících na těchto reprezentacích. Procesy aplikované na reprezentace vyúsťují v chování. Problémy CRUM Teorie CRUM sice pracuje s mentálními reprezentacemi a procedurami na těchto reprezentacích, ale zároveň nedokáže pokrýt všechny oblasti lidského myšlení: emoce – teorie CRUM zanedbává roli emocí v myšlení člověka vědomí – teorie CRUM si nevšímá důležitosti v myšlení člověka okolní svět – teorie CRUM nebere v úvahu význam, který pro myšlení představuje okolní svět sociální prostředí – ignorace lidského myšlení jako sociálního jevu dynamický systém – mysl není výpočetním ale dynamickým systémem matematika – mozek musí pracovat na jiném principu než klasický počítací stroj Tyto problémy je možné řešit pomocí následujících způsobů: Popřít, že tyto problémy existují. Rozšířit CRUM tak, aby byl schopen zahrnout i uvedené problémy, reprezentace i výpočty budou obohaceny o nové nápady Doplnit CRUM o přístupy, které samy nemají povahu výpočtu nebo reprezentace a které budou schopny na tyto výzvy reagovat v součinnosti s původním CRUM Zavrhnout CRUM. Emoce Odmítnutí. Emoce jsou vlivné v lidském myšlení i chování. Proto je lepší CRUM rozšířit nebo doplnit, než abychom emoce v rámci CRUM odmítnuli. Rozšíření koncepce CRUM. Základní lidské emoce jsou těsně provázány s dosahováním cílů. Emoce se účastní velmi obecných reprezentací situací, v nichž se člověk ocitá při řešení svých problémů. Emoce jsou jakýmsi souhrnným odhadem situace, ve které se člověk nachází a v níž má řešit úkol, a tento odhad ovlivňuje jeho myšlení dvěma důležitými způsoby. Pokud mu dovolí identifikovat ty stránky situace, které jsou extrémně důležité, umožní mu to soustředit se na ně, zkoncentruje svou omezenou kognitivní kapacitu na to, co je nejdůležitější. Za druhé, emoce mu umožní připravenost k akci, popíchnou ho k tomu, aby konal, místo aby nad svou situací jen nečinně hloubal. Emoce tedy nejsou jakýmsi vedlejším a otravným spolupoutníkem myšlení, ale mají důležité kognitivní funkce spojené s odhadem, soustředěním a akcí. Důležitost emocí v lidském myšlení naznačuje, že komputační modely řešení problémů by měly být rozšířeny o nové reprezentační struktury typu ŠŤASTNÝ nebo SMUTNÝ. Měly by být napojeny na výpočetní mechanismy, které sledují obecný průběh plnění úkolu a ve vhodné chvíli aktivují emoční reprezentace. Aktivace emoční reprezentace by pak ovlivnila celý výpočet, tj. přijaté vývody a rozhodnutí. Například aktivace struktury STRACH vyvolá odpověď typu útěk, možná prostřednictvím nějakého pravidla, které nekončí jen úsudkem, ale také změnou chování. Doplnění koncepce CRUM. Prožívání emocí je u lidí úzce spojeno s fyzickými změnami, které zasáhnou celé tělo i mozek. Vztek například způsobí zvýšený krevní tlak a překyselení žaludku. Pochopení lidských emocí bude zřejmě vyžadovat pohled trojí perspektivou: Kognitivní stránka týkající se odhadu naší situace, připravenosti, vybavení k řešení problému je věcí koncepce CRUM. Ona sama však není schopna zachytit v plné šíři, jak mohou emoce ovlivnit odhad, soustředění a akce. Zabudovat do explanačních možností CRUM mentální prožívání emocí typu štěstí. Zkoumání role mozku v propojení poznávací činnosti a tělesných prožitků.
C1-03
2/7
K pochopení lidských emocí se nelze dobrat jen skrze abstraktní výpočetní záležitosti. Musíme také znát, jak probíhá součinnost těla a mozku při vytváření vědomé zkušenosti a jak emoce přispívají k odhadu, zacílení a akci. Koncepce CRUM je doplňována o biologické ohledy, skrze něž získáváme vhled do speciální role, kterou emoce hrají v čistě lidském, a nikoli abstraktním počítačovém myšlení. Rozšíření bude spočívat v zavedení nových reprezentací, které budou schopny částečně zachytit některé stránky různých lidských emocí, a také ve vývoji nových výpočetních procedur, jež by podchytily roli emočních reprezentací v lidském myšlení. CRUM také musí pojmout neodmyslitelné zkušenosti a fyziologické stránky emocí. Vědomí Z pohledu koncepce CRUM je vědomí záhadou. Podle ní se myšlení odvíjí formou výpočetních procedur operujících na reprezentacích a žádný ze šesti přístupů (logika, pravidla, pojmy, analogie, představy, sítě) nepřisuzuje vědomí žádnou zvláštní roli. Procedury typu aktivace pravidel, konceptu, analogie nebo PCS probíhají, zdá se, na úrovni podvědomé – zcela určitě si nejsme vědomi algoritmů, podle nichž tyto procedury běží. Koncepce CRUM má tedy tendenci existenci vědomá zanedbávat. Mohlo by se dokonce zdát, že tak činit musí, protože vědomí se vymyká komputačnímu vysvětlení. Dualisté a další kritici kognitivní vědy usuzují, že koncepce CRUM jako teorie mysli je ze své podstaty nedostatečná. Tvrdí, že teorie mysli, pokud neuznává vědomí jako centrální fenomén, nezaslouží než zavržení. Odmítnutí. Někteří zastánci koncepce CRUM vyřešili problém tak, že se pokusili popřít zásadní význam vědomí pro mentální život. Rozšíření koncepce CRUM. Analogie mezi vědomím a operačním systémem v některých ohledech pokulhává. Mozek pracuje paralelně, na rozdíl id seriálních počítačů s jejich operačními systémy, kterým rozumíme. Co je ještě důležitější, k tomu, aby počítač plnil své úkoly, není třeba, aby ho operační systém vybavoval vědomými zkušenostmi. Metafora operačního systému naznačuje, že vědomí je čímsi, co stojí v centru veškerého zpracování informace, avšak nemusí tomu tak být – může naopak být provázáno s decentralizovanými, paralelními, mnohokolejnými interpretačními procesy. Rozšířit koncepci CRUM natolik, aby se do něho vešla vědomá zkušenost jakožto příčina i výsledek výpočetních procesů, bude vyžadovat vývoj nových představ o reprezentacích i výpočtech. I tak se však k plnému pochopení zkušenostní stránky vědomí nedopracujeme. Doplnění koncepce CRUM. V případě vědomí potřebujeme koncepci CRUM doplnit o biologické zřetele. Pro pochopení vědomí z biologického hlediska bude patrně nutné soustředit se na vybrané stránky procesu vnímání. Vědomí je záležitostí krátkodobé paměti. Z hlediska koncepce CRUM je dlouhodobá paměť tvořena reprezentacemi (pravidla, pojmy, analogy, představy atd.) dlouhodobě uchovávanými v paměti. Psychologické pokusy ukázaly, že krátkodobá paměť je daleko omezenější; pokud člověk nedokáže informaci nějak zahustit, nedokáže si zapamatovat najednou víc než asi sedm položek. Možné neuronové propojení mezi pozorností a krátkodobou pamětí nám ještě neposkytuje neurologické vysvětlení vizuálního vědomá. Je třeba získat mnohem víc údajů o neurologických procesech, doprovázejících jak pozornost, tak paměť, a o významu těchto procesů pro vědomou zkušenost. Zavrhnutí koncepce CRUM. Má-li se CRUM vážně zaobírat vědomím a emocemi, musí být rozšířeno o biologické poznatky, ale nikoli zavrženo.
C1-03
3/7
Emoce a vědomí – shrnutí Je nutné poznat roli emocí a vědomí v myšlenkových procesech, k tomu však nepostačuje žádná strategie ze současného repertoáru koncepce CRUM. Koncepci CRUM je proto nutné rozšířit, zejména její příspěvek k výběru, ocenění, zaměření a akci, aby lépe ocenila reprezentační i výpočetní mohutnost emocí a vědomí. Je nutno ji také doplnit o biologická vysvětlení způsobů, jakými mozek a další části těla přispívají k emocím a vědomí. Integrativní materialismus se domnívá, že přístupy CRUM a neurověd mohou spolupracovat a propojit vysvětlení kognitivních procesů nejvyšší úrovně, jakým je řešení problémů, se zkušenostními fenomény typu vědomí. Okolní svět Základní myšlenkou stojící za problémem světa je tvrzení, že myšlení není jen věcí hlavy. A přitom koncepce CRUM se omezuje jen na komputační procesy, které se odehrávají v mysli, a nevšímá si toho, že většina lidské aktivity se týká neustálé a bohaté interakce se světem. Odmítnutí. Může kognitivní věda ignorovat existenci okolního světa? I když se koncepce CRUM soustředila spíše na reprezentace a procesy než na fyzikální interakce, jednoduše odmítnout problém existence světa nemůže. Psychologové a badatelé v umělé inteligenci často mluví o „reprezentacích“ a přitom nemají na mysli nic než „struktury“. Avšak struktura se stává reprezentací jen tehdy, zastupuje-li cosi reálného. Člověk, který řeší problém nebo se učí, nefunguje jako nějaký tělesný počítač odpojený od okolního světa. Komputační modely však zatím mají tendenci podrobnosti okolního světa zanedbávat. Strukturu světa je však nutno brát v úvahu s mnohem větší vážností, už jen proto, aby se daly navrhovat přístroje a nástroje šité člověku na tělo. Nepochybně je proto nutné koncepci CRUM rozšířit a doplnit tak, aby zahrnula i existenci těla a člověka. Rozšíření koncepce CRUM. V případě, že se rozhodneme brát vážně existenci světa a těla, budeme potřebovat nové druhy reprezentací. Doplnění koncepce CRUM. I v tomto případě jsou biologické předpoklady nezbytné pro plnější vysvětlení interakcí se světem. Ucelené vysvětlení lidského myšlení však musí skloubit nereprezentační operace mozku s výpočetními procedurami, o kterých se lze domnívat, že hrají ve vyšších poznávacích schopnostech klíčovou roli. Zavržení koncepce CRUM. Má-li CRUM poskytnout úplný model lidského myšlení, musí brát svět i naše tělesné zkušenosti s ním mnohem vážněji, než dosud, ale požadované rozšíření je zcela možné, a dokonce přirozené. Sociální prostředí Podobně jako kognitivní věda zanedbávala skutečnost, že myslící bytosti se nacházejí ve světě fyzikálním, nevšímala si ani jejich příslušnosti do světa sociálních vztahů. Filozofii, kognitivní psychologii i umělou inteligenci nejvíc zajímaly mentální reprezentace a procedury, které sídlí v hlavách jednotlivců. Poslední vývoj však směřuje k přiznání stále větší role sociálního kontextu v poznávacím procesu. Výzva pro koncepci CRUM spočívá v otázce, zda je schopna rozšíření a doplnění o sociální stránku myšlení. Odmítnutí. Místo odmítnutí je nutné brát všechny úrovně popisu (neurony, osobnost, společnost) vážně a zkoumat jejich vzájemný vztah. Rozšíření koncepce CRUM. Aby koncepce CRUM dostála „sociální výzvě“, musí si vypracovat poněkud jiný pohled na reprezentace i procedury. Účelem mentálních reprezentací není jen reprezentovat v kontextu jedince a pro tohoto jedince; musí být také sdíleny a používány ve skupině. Tvrzení, pravidla, pojmy, představy, analogie a dokonce i distribuované reprezentace musí být přenosné mezi jedinci.
C1-03
4/7
Doplnění koncepce CRUM. V současné době je koncepce CRUM doplňována o biologickou stránku člověka i sociální rozměr. Dostáváme tak koncepci CRUMBS (Computational-Representational Understanding of Mind, Biological-Social). CRUMBS je jediným přístupem ke studiu mysli, který slibuje poskytnout víc poznatků přes celé spektrum mentálních projevů. Zavržení koncepce CRUM. I když přijmeme důležitost sociálního rozměru pro lidské myšlení, nesmíme zapomenout, že řešení problémů, učení nebo jazyk lze vysvětlit také pojmoslovím reprezentací a procedur v myslích jednotlivců. Mysl a společnost jsou vysvětlovací pojmy, a nikoli konkurující strategie. Poznání sociálního rozměru kognitivní vědy je tedy pobídkou k rozšíření a doplnění koncepce CRUM, a nikoli k jejímu zavržení. Fyzické a sociální prostředí – shrnutí Ti, kdo upozorňují na problém světa, mají za to, že kognitivní věda nebrala příliš vážně vzájemné vztahy mysli a jejího fyzikálního prostředí. Problém se objevil jednak ve formě abstraktní (intencionalita, která se týká otázky, jak mohou vůbec existovat reprezentace o světě), jednak psychologické a komputační. Někteří kritici koncepce CRUM mají za to, že našel mysl nepotřebuje svět reprezentovat, protože sama je jeho součástí. Koncepce CRUM nepochybně potřebuje k tomu, aby lépe popsala závislost myšlení na jeho interakci se světem, značného rozšíření a doplnění. Avšak konkurenční názory, které zdůrazňují prostředí a vylučují reprezentace, neoplývají dostatečnou mohutností, aby mohly lidské inteligentní chování postihnout v jeho plné šíři. Podobně ani existence sociálních fenoménů nevede k alternativám koncepce CRUM, ale spíše poukazuje k těm stránkám skupin, sítí, společenství a kultur, které musí kognitivní věda brát vážně a příslušným směrem rozšířit a doplnit koncepci CRUM. Dynamický systém Dynamické systémy představují inspiraci i pro kognitivní vědu: místo komputačně-reprezentačního modelu lidského myšlení by se mysl mohla pojmout jako dynamický systém. Místo souboru reprezentací a procedur bychom se mohli inspirovat fyzikou a biologií a pokusit se vypracovat rovnice, které by popisovaly vývoj mysli v čase. Vysvětlovací schéma, které by stavělo na myšlence dynamických systémů, by mohlo vypadat například takto: Cíl vysvětlení: Proč pozorujeme u lidí stabilní, a přesto nepředpověditelné vzorce chování? Vysvětlovací schéma: Lidskou mysl lze popsat soustavou proměnných. Tyto proměnné jsou součástí soustavy nelineárních rovnic. Rovnice definují stavový prostor s atraktory. Systém popsaný rovnicemi je chaotický. Existence atraktorů vysvětluje, proč pozorujeme stabilní vzorce chování. Atraktorů je větší počet, což vysvětluje existenci fázových přechodů. Chaotická podstata systému vysvětluje, proč jeho chování nelze předpovídat. Přijatelnost této výzvy závisí na tom, do jaké míry bude možné podobná explanační schémata aplikovat tak, aby dávala smysl v různých oblastech lidského myšlení. Existují tři pohledy na mysl jako na dynamický systém. Nejméně častý je případ, kdy je vysvětlovací schéma, tak účinné ve fyzice i v biologii, uplatněno přímo. To proto, že v psychologii není snadné určit malý počet důležitých proměnných, napsat patřičné rovnice, do kterých budou začleněny, a předpovídat pomocí těchto rovnic něco zajímavého. Běžnější je situace, kdy badatelé nejsou schopni specifikovat žádné proměnné ani rovnice a používají pojmosloví dynamických systémů metaforicky. Třetí pokus o uplatnění myšlenek z teorie dynamických systémů vychází od některých konekcionistů. Ti shledávají popis umělých i skutečných neuronových sítí pojmoslovím dynamických systémů velmi
C1-03
5/7
užitečným. Konekcionistické systémy jsou nepochybně dynamickými systémy v tom smyslu, že obsahují proměnné pro aktivaci různých jednotek a pro sílu propojení mezi nimi, a změny aktivací i propojení jsou popsány nelineárními rovnicemi. Oproti dynamickým systémům zmíněným v prvním bodě se ty konekcionistické liší v tom, že počet proměnných může být velmi velký – každá jednotka představuje zvláštní proměnnou, která vyjadřuje hodnotu její aktivace. Odmítnutí. Dynamické systémy se sice uplatnily ve fyzice a v biologii, tam se však podařilo určit malý počet proměnných a včlenit je do malého počtu rovnic. V psychologii se však podobná věc příliš nedaří. Místo toho jsme byli svědky záplavy metaforických aplikací dynamických systémů, které však k vylepšení predikcí a k modelování přispěly jen málo. Konekcionistické modely jsou přesnější, avšak konekcionismus je částí koncepce CRUM, nikoli její alternativou. Na teorii dynamických systémů je proto nutné pohlížet jako na přídavek ke konekcionismu, a nikoli jako na alternativu koncepce CRUM. Ostatně každá ze tří snah o aplikaci dynamických systémů prozrazuje svá omezení. To proto, že lidské myšlení nelze popsat pomocí malého počtu proměnných, metaforická vysvětlení mají omezené použití a v konekcionismu lze tyto myšlenky uplatnit jen do jisté míry. Rozšíření a doplnění CRUM. Dynamické systémy jsou v první řadě mnohem vstřícnější k času, než je typické u koncepce CRUM. Z toho plynou nové představy o tom, jak popsat změny v inteligentních systémech. Za druhé, použití dynamických systémů je možnou cestou, jak se vyhnout problému světa. Koncepce CRUM musí vzít v úvahu, že mysl není od všeho izolovaným procesorem – musí interagovat se stále se měnícím světem. Koncepce CRUM, a zejména její konekcionistická verze, se zdá být otevřená pro doplnění a rozšíření o podněty z oblasti dynamických systémů. Hypotéza o tom, že mysl je dynamickým systémem, není v současnosti věrohodnou alternativou ke koncepci CRUM. Řadu problémů, dobře vysvětlitelných z perspektivy CRUM (řešení problémů, učení, jazyka) zastánci dynamických systémů ještě ani nezačali rozebírat. Nicméně plnokrevný pohled na podstatu mysli, který bude odrážet i lidskou biologii a vztahy se světem, může nalézt užitečný zdroj poznatků ve vysvětlení z pozice dynamických systémů. Matematika Hnacím momentem k vypracování formální logiky byla zejména touha poskytnout výčet matematických znalostí. Šlo o snahu použít logiku k odvození veškerých matematických znalostí z několika základních předpokladů. Podle důkazu Kurta Gödela je podobný projekt neuskutečnitelný. Dokázal známý teorém o tom, že žádný formální systém nemůže obsahovat veškerou matematiku. Tento tzv. teorém neúplnosti praví, že jakýkoliv formální systém, který je bezrozporný a dostatečně mohutný, aby mohl formalizovat aritmetiku, je neúplný v tom smyslu, že vždy obsahuje výroky, které nemůže ani dokázat, ani vyvrátit. Odmítnutí. I kdyby koncepce kognitivního modelu CAM (Cognitive Arithmetic Model), který v sobě bude zahrnovat celou šíři reprezentací a procesů, byla v celém rozsahu přijatelná, nebude komputačně možné tuto skutečnost dokázat. Test bezrozpornosti je nejlepší ukázkou výpočtu, který s vyšší komplikovaností úkolu potřebuje exponenciálně stoupající množství času. Pokud má CAM být dobrým modelem matematika, bude obsahovat i hodně matematických tvrzení a výpočet jejich bezrozpornosti se tak stane nemožným. Protože koncepce CAM neužívá prokazatelně spolehlivých algoritmů, neliší se patrně nijak od svého lidského protějšku – matematika. Nebylo prokázáno, že by existovaly výkony, které může provádět matematik avšak nikoli počítač. Koncepce CRUM může tudíž jeho výzvu odmítnout. Rozšíření koncepce CRUM. Současné komputačně-reprezentační přístupy vyžadují značné rozšíření, než budeme moci tvrdit, že rozumíme matematickému myšlení.
C1-03
6/7
Doplnění koncepce CRUM. Je docela možné, že k ocenění všech schopností lidské mysli, včetně matematických schopností, bude potřeba koncepci CRUM doplnit o nové neurofyziologické poznatky. Bohužel ale nevíme, jak by to mělo fungovat, a musíme si počkat na pokrok ve fyzice, biologii i kognitivní vědě. Dynamické systémy a matematika – shrnutí Místo abychom mysl chápali jako komputačně-reprezentační systém, můžeme ji chápat i jako dynamický systém, jehož změny lze popsat matematickými rovnicemi. Modely mysli jako dynamického systému jsou poměrně nové a spadají do tří skupin. Jedna užívá malý počet proměnných a rovnic, druhá používá mluvu dynamických systémů metaforicky a třetí je představována konekcionistickými modely transformovanými do pojmosloví dynamických systémů. Přístup je slibný zejména pro podchycení časových, fyzikálních a nereprezentačních stránek mysli, avšak není popřením koncepce CRUM, nýbrž jejím rozšířením a doplněním.
C1-03
7/7
