Kognitiotieteen keskeiset käsitteet

Kognitiotiede käyttää monia erikoistermejä, jotka tulevat psykologiasta, filosofiasta, neurotieteestä, kielitieteestä ja tekoälystä. Tämä sanasto selittää keskeiset käsitteet selkeästi.

Peruskäsitteet

Kognitio

Kognitio tarkoittaa mielen tiedonkäsittelyprosesseja: havaitsemista, muistamista, ajattelua, oppimista, kieltä ja päätöksentekoa. Se on kognitiotieteen tutkimuskohde.

Esimerkkejä kognitiivisista prosesseista:

• Kasvojen tunnistaminen väkijoukosta
• Matemaattisen ongelman ratkaiseminen
• Uuden sanan oppiminen
• Päätöksen tekeminen ravintolan ruokalistalta

Representaatio

Representaatio on sisäinen esitys tai malli ulkomaailmasta. Aivot eivät käsittele maailmaa suoraan vaan sen representaatioita.

Ajattele näin: Kun näet omenan, verkkokalvollesi osuu valoa. Aivosi rakentavat tästä representaation – sisäisen mallin omenasta, joka sisältää sen muodon, värin ja sijainnin.

Representaatiot voivat olla:

• Symbolisia – Kieli ja käsitteet
• Analogisia – Mielikuvat, kartat
• Hajautettuja – Neuroverkkojen aktivaatiopatternit

Informaation prosessointi

Näkemys, jonka mukaan mieli käsittelee tietoa kuten tietokone: ottaa vastaan syötteitä, prosessoi niitä ja tuottaa tulosteita. Tämä oli kognitiivisen vallankumouksen perusajatus.

Prosessointivaiheita:

1. Sensorinen syöte (aistit)
2. Koodaus (tiedon muuttaminen sisäiseen muotoon)
3. Prosessointi (operaatiot representaatioilla)
4. Tallennus (muisti)
5. Haku (muistista palautus)
6. Tuloste (käyttäytyminen, puhe)

Modulaarisuus

Ajatus, että mieli koostuu erikoistuneista moduuleista, jotka käsittelevät tietyntyyppistä informaatiota. Jerry Fodorin 1983 julkaisema teoria väittää, että esimerkiksi kielen, kasvojen ja liikkeen havaitseminen tapahtuu erillisissa moduuleissa.

Ominaisuuksia:

• Moduulit toimivat nopeasti ja automaattisesti
• Ne ovat informationaalisesti kapseltoituneita (eivät tiedä muiden moduulien sisältöä)
• Vain syöte- ja tulosmuodot ovat yhteensopivia muun mielen kanssa

Laskennallinen mieli

Teoria, jonka mukaan mieli on laskennallinen järjestelmä – se suorittaa algoritmeja representaatioilla. Tämä mahdollistaa mielen mallintamisen tietokoneohjelmilla.

Tasoja:

• Laskennallinen taso: Mitä tehtävää järjestelmä suorittaa?
• Algoritminen taso: Miten tehtävä suoritetaan?
• Implementaatiotaso: Missä fyysisessä rakenteessa algoritmi toteutuu?

Havaitseminen

Bottom-up vs. top-down -prosessointi

Bottom-up (aineiston ohjaama): Prosessointi etenee aistidatasta ylöspäin kohti abstraktimpia representaatioita. "Mitä aistit kertovat."

Top-down (käsityksen ohjaama): Aiempi tieto, odotukset ja konteksti ohjaavat prosessointia. "Mitä odotat näkeväsi."

Esimerkki: Näet hämärässä jotain. Bottom-up: Ääriviivat, varjot. Top-down: "Olen metsässä, tuo voisi olla karhu" – odotus muokkaa havaitsemista.

Muutosten sokeus

Ilmiö, jossa emme huomaa suuriakaan muutoksia näkökentässä, jos huomiomme on muualla. Osoittaa, ettei havaitseminen ole maailman täydellinen kopio.

Gestalt-periaatteet

Saksalaisten psykologien 1900-luvun alussa kuvaamat havaitsemisen organisaatioperiaatteet:

• Läheisyys: Lähellä toisiaan olevat kohteet ryhmittyvät yhteen
• Samankaltaisuus: Samanlaiset kohteet ryhmittyvät yhteen
• Jatkuvuus: Näemme jatkuvia linjoja ja muotoja
• Sulkeutuneisuus: Täydennämme puuttuvat osat muodoiksi

Tarkkaavuus

Valikoiva tarkkaavuus

Kyky keskittyä tiettyyn informaatioon ja jättää muu huomiotta. Cocktail party -ilmiö: pystyt seuraamaan yhtä keskustelua meluisassa tilassa.

Jaettu tarkkaavuus

Kyky käsitellä useampaa tehtävää samanaikaisesti. Rajoittunut: tehtävien lisääntyessä suorituskyky heikkenee.

Tarkkaavaisen käsittelyn pullonkaula

Tarkkaavuuden rajallisuus: emme voi käsitellä kaikkea informaatiota tietoisesti. Jossain vaiheessa prosessointi vaatii tarkkaavuuden resurssia, jota on rajallisesti.

Muisti

Työmuisti

Lyhytkestoinen järjestelmä, joka pitää tietoa aktiivisena ja käsittelee sitä. Kapasiteetti rajallinen (n. 4–7 yksikköä). Alan Baddeleyn malli sisältää:

• Fonologinen silmukka – Kielellistä informaatiota
• Visuospatiaalinen luonnoslehtiö – Näkö- ja tilainformaatiota
• Keskusyksikkö – Koordinoi ja kontrolloi
• Episodinen puskuri – Yhdistää informaatiota

Pitkäkestoinen muisti

Pysyvämpi tietovarasto, käytännössä rajaton kapasiteetti:

• Deklaratiivinen muisti – Tietoisesti muistettava
  • Episodinen: Omakohtaiset kokemukset
  • Semanttinen: Yleiset faktat ja käsitteet
• Proseduraalinen muisti – Taidot ja tavat (usein tiedostamattomia)

Koodaus ja haku

Koodaus: Tiedon muuttaminen muistiin tallennettavaan muotoon Haku: Tiedon palauttaminen muistista Encoding specificity: Haku onnistuu parhaiten, kun hakuympäristö vastaa koodausympäristöä

Konsolidaatio

Prosessi, jossa muisti stabiloituu ajan kuluessa. Hippokampus on aluksi kriittinen, mutta muistot siirtyvät vähitellen aivokuorelle. Uni on tärkeä konsolidaatiolle.

Kieli

Kieliopillinen kompetenssi vs. performanssi

Kompetenssi: Kielellinen tieto, joka mahdollistaa kielen käytön Performanssi: Kielen todellinen käyttö, johon vaikuttavat muisti, tarkkaavuus ja muut rajoitteet

Syntaksi, semantiikka, pragmatiikka

Syntaksi: Kielen rakenne, sanajärjestys, kielioppisäännöt Semantiikka: Merkitys, sanojen ja lauseiden sisältö Pragmatiikka: Kielen käyttö kontekstissa, puheaktit

Kielellinen universaali

Ominaisuus, joka esiintyy kaikissa maailman kielissä. Chomsky väitti, että universaalit heijastavat synnynnäistä kielioppia.

Ajattelu ja päätöksenteko

Heuristiikat

Nopeat, nyrkkisääntömäiset päättelystrategiat. Usein tehokkaita mutta voivat johtaa systemaattisiin virheisiin.

• Saatavuusheuristiikka: Arvioimme todennäköisyyttä sen perusteella, kuinka helposti esimerkkejä tulee mieleen
• Edustavuusheuristiikka: Arvioimme, kuinka paljon jokin muistuttaa tyypillistä esimerkkiä
• Ankkurointi: Arviot vääristyvät lähtöarvon mukaan

Kognitiivinen vinouma

Systemaattinen poikkeama rationaalisesta päättelystä. Tversky ja Kahneman dokumentoivat kymmeniä vinoumia, jotka vaikuttavat päätöksentekoon.

Duaaliprosessiteoria

Teoria, jonka mukaan ajattelulla on kaksi järjestelmää:

• Järjestelmä 1: Nopea, automaattinen, intuitiivinen
• Järjestelmä 2: Hidas, vaivaa vaativa, analyyttinen

Neurotiede

Neuroni

Aivosolu, joka lähettää ja vastaanottaa signaaleja. Aivot sisältävät noin 86 miljardia neuronia.

Synaptinen plastisuus

Synapsien (hermosolujen välisten yhteyksien) kyky muuttua käytön myötä. "Neurons that fire together, wire together."

Aivoalueet

• Prefrontaalinen korteksi: Päätöksenteko, suunnittelu, impulssikontrolli
• Hippokampus: Muistin muodostus
• Amygdala: Tunteiden prosessointi
• Visuaalinen korteksi: Näköinformaation käsittely
• Brochan alue: Puheen tuottaminen
• Wernicken alue: Puheen ymmärtäminen

Tekoäly ja kognitiotiede

Neuroverkko

Tekoälymalli, joka on inspiroitunut aivojen rakenteesta. Koostuu kerroksittain yhdistetyistä "neuroneista".

Syväoppiminen

Monikerroksisten neuroverkkojen kouluttaminen suurilla datamäärillä. Nykyisen tekoälyn perusta.

Symbolinen vs. subsymbolinen

Symbolinen AI: Käyttää eksplisiittisiä sääntöjä ja symboleita Subsymbolinen AI: Käyttää hajautettuja representaatioita (neuroverkot)

Filosofiset käsitteet

Qualia

Kokemuksen subjektiivinen laatu. Se, miltä jokin tuntuu sisältä päin. Esim. punaisen punaisuus, kivun kivuliaisuus.

Vaikea ongelma (tietoisuuden)

Miksi subjektiivinen kokemus ylipäätään on olemassa? Miksi informaation prosessointi tuntuu joltakin?

Funktionalismi

Filosofinen näkemys, jonka mukaan mentaaliset tilat määrittyvät niiden funktionaalisen roolin kautta – siis sen perusteella, miten ne liittyvät syötteisiin, tulosteisiin ja muihin mentaalisiin tiloihin.

Lue lisää

• Mitä on kognitiotiede? – Perusteet
• Kognitiivinen psykologia – Psykologiset käsitteet
• Neurotiede ja kognitio – Neurotieteelliset käsitteet
• Tietoisuus ja kognitiotiede – Filosofiset käsitteet
• Tekoäly ja kognitiotiede – AI-käsitteet