Embodied kognitiivinen tiede ( englanniksi Embodied Cognitive Science ), myös materiaalikognitiotiede , ruumiillistuneisuustiede ) on monitieteinen tutkimusala, jonka tarkoituksena on selittää älykkään käyttäytymisen taustalla olevia mekanismeja. Se sisältää kolme päätekniikkaa: psykologisten ja biologisten järjestelmien mallintaminen integroidulla tavalla, jossa otetaan huomioon mieli ja keho kokonaisuutena; kohtuullisen käyttäytymisen yleisten periaatteiden perusjoukon muodostaminen; robottien kokeellinen käyttö kontrolloiduissa olosuhteissa.
Ruumiillinen kognitiotiede perustuu käytännön filosofiaan sekä niihin liittyviin kognitiivisen tieteen , psykologian, neurotieteen ja tekoälyn tutkimusalueisiin . Neurotieteen osalta aineellista kognitiivista tiedettä ovat harjoittaneet Gerald Edelman La Jollan neurotieteiden instituutista, Francisco Varela Ranskan kansallisesta tieteellisestä tutkimuskeskuksesta ja J. A. Scott Kelso Floridan Atlantin yliopistosta. Tämä tieteenala kiinnosti myös filosofeja Andy Clarkia, Sean Galaheria ja Evan Thompsonia sekä psykologeja, kuten Michael Turvay, Lawrence Barsalow ja Eleanor Roche. Eric Lennerberg ja Philip Rubin Haskins Laboratoriesista ovat tutkineet kieltä aineellisen kognitiivisen tieteen näkökulmasta ja Rolf Pfeiffer, Christian Scheyer ja Josh S. Bongard tekoälyn tutkimuksen näkökulmasta.
Aineellinen kognitiotiede on vaihtoehtoinen tiedon teoria, jossa viittaukset mielen laskennalliseen teoriaan on minimoitu, kun taas pääpaino on siinä, miten organismi määrittää, miten ja mitä ajatella. Klassinen kognitiivinen teoria perustuu pääasiassa erityisessä tiedonkäsittely-yksikössä vastaanotettujen ja käsiteltyjen signaalien manipulointiin. Nämä signaalit noudattavat tiettyjä syntaksisääntöjä, jotta prosessori voi havaita merkityksen, käsitellä viestin ja tuottaa vastaussignaalin. Esimerkiksi ihmisen aistit ovat sen reseptoreita vastaanottamaan ulkoisesta ympäristöstä tulevia signaaleja. Ne tulevat hermostoon, joka on tiedonkäsittelyyksikkö. Hermosto pystyy lukemaan aistitietoa ja luomaan vastesignaalin, joka voidaan ilmaista kehon liikkeinä, käyttäytymisvasteina, kognitiivisena aktiivisuutena ja niin edelleen. Kognitioprosessi tapahtuu aivojen syvyyksissä, mikä tarkoittaa, että henkinen kognitio on katkaistu ulkomaailmasta ja on mahdollista vain aistitietoa vastaanotettaessa.
Ruumiillinen kognitiivinen tiede eroaa klassisesta lähestymistavasta siinä, että se kieltää tulo-lähtösignaalijärjestelmän. Suuri osa tästä kannasta perustuu David Marrin työhön . Hänen kantansa on, että signaaleista ei voida päätellä merkitystä ilman jonkinlaista sisäistä tulkintaa. Jos joku päässä asuva "pieni mies" tulkitsee saapuvia signaaleja, niin miten signaalit tulkitaan tämän pienen ihmisen aivoissa? Tämä tosiasia tekee klassisen mallin paljon vähemmän uskottavan. Siten aineellinen kognitio pyrkii välttämään tämän ongelman määrittelemällä kognition kolmella tavalla. [yksi]
Ensimmäinen tapa pohtii fyysisen kehon roolia, erityisesti sitä, kuinka sen ominaisuudet vaikuttavat ajattelukykyyn. Tämän menetelmän perusteella on mahdollista voittaa klassisen mallin ominaisuus hahmomanipulaatiokomponentti. Esimerkiksi syvyyshavainto voidaan selittää paremmin aineellisessa lähestymistavassa toiminnan monimutkaisuuden vuoksi. Syvyyshavainto edellyttää, että aivot havaitsevat kaksi erillistä kuvaa, jotka on otettu molempien silmien verkkokalvosta. Lisäksi kehon ja pään liikkeet vaikeuttavat tätä prosessia. Kun pää pyörii tiettyyn suuntaan, etualalla olevat kohteet näyttävät liikkuvan taustalla olevia esineitä vasten. Näin ollen jonkin visuaalisen käsittelyn katsotaan tapahtuvan ilman minkäänlaista hahmomanipulaatiota, koska etualan kohteet näyttävät vain liikkuvan. Tämän perusteella voidaan päätellä, että syvä havainto voidaan toteuttaa ilman tiettyjen symbolien manipulointia.
Hämmästyttävämpi esimerkki on kuuloaistin tutkimus. Itse asiassa, mitä suurempi etäisyys korvien välillä on, sitä terävämpi kuulon tulee olla. Myös kuuloelinten välinen tiheys on tärkeä, koska aallon taajuus vaihtelee riippuen väliaineesta, jonka läpi se kulkee. Tietoa käsiteltäessä aivojen kuulojärjestelmä ottaa nämä tekijät huomioon, mutta taas sen ei tarvitse tulkita symboleja, koska itse korvien välinen etäisyys luo tarpeellisen mahdollisuuden suurempaan kuulontarkkuuteen sekä tiheyteen. Siten, kun tarkastellaan kehon fyysisiä ominaisuuksia, symbolinen järjestelmä on tarpeeton ja hyödytön metafora.
Toinen menetelmä perustuu vahvasti George Lakoffin ja Mark Johnsonin työhön. He väittivät, että ihmiset käyttävät metaforia selittääkseen paremmin ulkomaailmaansa. Ihmisillä on myös ydinkäsitteitä, joista voidaan muodostaa uusia käsitteitä. Nämä peruskäsitteet sisältävät tilasuuntaukset, kuten ylös, alas, eteenpäin ja taaksepäin. Ihmiset voivat helposti ymmärtää näiden sanojen merkityksen, koska he voivat kokea ne suoraan omalla kehollaan. Koska ihmisen perusliikkeet ovat esimerkiksi suorana seisominen tai kehon liikuttaminen ylös- ja alaspäin, ihmiset ovat tietoisia näistä käsitteistä alitajunnan tasolla. Samaa voidaan sanoa eteenpäin ja taaksepäin käsitteistä. Kuten aiemmin mainittiin, tämä tilaesitysten perusjoukko on perusta, jolle muut käsitteet rakennetaan. Esimerkiksi englanniksi iloinen tai surullinen mieliala ilmaistaan sanoilla ylös (ylös) ja alas (alas). Näiden käsitteiden todellinen ymmärtäminen riippuu yksilön tiedosta ihmiskehon rakenteesta. Siten Lakoff ja Johnson uskovat, että ruumiin puuttuessa he eivät voineet tietää, mitä ylös tai alas voisi tarkoittaa ja miten nämä käsitteet voisivat liittyä tunnetiloihin.
Jos kuvittelet pallomaisen olennon elävän minkään gravitaatiokentän ulkopuolella ilman kokemusta, tietoa tai mielikuvitusta, on epätodennäköistä, että hän pystyy ymmärtämään "ylös"-käsitteen merkityksen. Vaikka tämä ei tarkoita, etteivätkö tällaiset olennot voisi ilmaista tunteitaan toisin sanoen, he ilmaisevat niitä eri tavalla kuin ihmiset. Käsitys ilosta (ylöstuntumisesta) ja surusta (alatuntumisesta) on erilainen, koska henkilöllä on erilainen fyysinen ruumiillistuma. Tästä seuraa, että fyysinen keho vaikuttaa suoraan yksilön ajatteluun, koska hän käyttää kehoonsa liittyviä metaforia peruskäsitteinä. [2]
Kolmas tapa perustuu tutkimukseen siitä, kuinka yksilöt käyttävät välitöntä ympäristöään kognitiivisessa prosessoinnissa. Se perustuu funktionalismin teoriaan ja väittää, että eri tietoisuustilojen ainutlaatuisten ominaisuuksien hankkiminen tapahtuu riippuen niiden roolista suuremmassa järjestelmässä. Tämän asennon havainnollistamiseksi elävämmin käytetään esimerkkiä PDA :sta . PDA:n tiedot ovat samanlaisia kuin aivoihin tallennetut tiedot. Jos siis oletetaan, että aivoissa oleva informaatio määrää erilaisia mielentiloja, niin CCP:ssä oleva informaatio tekee samoin. Harkitse myös kynän ja paperin roolia lukujen kertolaskuprosessissa. Kynä ja paperi ovat niin mukana kognitiivisessa ongelmanratkaisuprosessissa, että tuntuu järjettömältä sanoa, että ne eroavat jotenkin itse prosessista. Toinen esimerkki tutkii, kuinka ihmiset hallitsevat ympäristöään tavalla, joka helpottaa kognitiivisten tehtävien suorittamista: esimerkiksi jättämällä auton avaimet tuttuun paikkaan, jotta he eivät eksy, tai käyttämällä jonkinlaista maamerkkiä navigointiin vieraassa kaupungissa. . Siten ihmiset käyttävät ympäristönsä elementtejä auttaakseen heitä suorittamaan kognitiivisia toimintoja.
Aineellisen lähestymistavan tärkeyttä kognitiotieteen kontekstissa selittää ehkä parhaiten Andy Clark [3] . Hän väittää, että aivojen ei pitäisi olla kognition tieteellisen tutkimuksen ainoa painopiste. Osoittaakseen aineellisen lähestymistavan tarpeellisuuden kognition tieteellisessä tutkimuksessa hän antaa useita silmiinpistäviä esimerkkejä.
Tonnikalan käyttäytyminen on pitkään ollut mysteeri biologeille sen uskomattoman kyvyn ansiosta kiihtyä ja saavuttaa suuria nopeuksia. Tonnikalan biologinen tutkimus osoittaa, että hän ei yksinkertaisesti kykene sellaisiin urotöihin. Vastaus löytyy kuitenkin ottamalla huomioon tonnikalan fyysinen muoto. Tonnikala käyttää ympäristöään, erityisesti luonnollisia virtauksia , lisätäkseen nopeuttaan. Se käyttää myös fyysistä kehoaan tähän tarkoitukseen: sen häntäevä auttaa sitä luomaan tarvittavan työntövoiman ja paineen, mikä auttaa sitä saavuttamaan ja ylläpitämään suuria nopeuksia. Siten tonnikala käyttää aktiivisesti ympäristöä omiin tarkoituksiinsa fyysisen kehonsa ominaisuuksien kautta.
Clarke käyttää Raibertin ja Hodginsin rakentamaa robottihypyn esimerkkiä osoittaakseen materiaaliparadigman lisävaikutukset. Itse asiassa tämä robotti oli pystysuora sylinteri, jossa oli yksi jalka hyppäämiseen. Robotin käyttäytymisen hallinta voi olla varsin hankalaa, koska itse ohjelman hienouksien lisäksi siinä oli myös mekaanisia ongelmia jalka rakentamisessa, jotta se hyppää. Materiaalisen lähestymistavan mukaan tätä varten robotin on kyettävä käyttämään fyysistä suoritusmuotoaan täysimääräisesti. Toisin sanoen robottijärjestelmää tulisi pitää dynaamisten ominaisuuksien omaavana, eikä komentokeskuksena, joka vain suorittaa toimintoja.
Klassiset tiedemiehet saattavat väittää, että se, että fyysisiä esineitä voidaan käyttää kognitiivisen prosessin apuna, ei tarkoita, että ne ovat osa kognitiivista järjestelmää. Esimerkiksi silmälaseja käytetään auttamaan näkemistä, mutta toteamus, että ne ovat osa suurempaa järjestelmää, merkitsee näköjärjestelmän käsitteen perusteellista uudelleenarviointia . [4] Aineellisen lähestymistavan kannattajat voivat puolestaan vastata, että niissä tapauksissa, joissa ympäristön esineillä on toiminnallinen rooli mielen tilojen muodostumisessa, itse esineitä ei tule pitää suoraan mielentilatiloina.