Wissensrepräsentation. Wissensrepräsentation. 1. Definition. Wahrnehmungsbasierte und Bedeutungsbasierte. Gliederung

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1 Wissensrepräsentation Anderson, John, R.: Kognitive Psychologie ; 2. Auflage; Oxford: Spektrum Akademischer Verlag; Heidelberg, Berlin 1996 Solso,, Robert L.: Heidelberg : Kognitive Psychologie ; Springer, 2005 Wahrnehmungsbasierte und Bedeutungsbasierte Wissensrepräsentation 2 Gliederung 1. Definition Wissensrepräsentation 2. Wahrnehmungsbasierte Wissensrepräsentation 2.1 Duale Kodierung nach Paivio 2.2 Vergleich verbaler und visueller Kodierung 2.3 Mentale Bilder 2.4 Visuelle Vorstellungen = visuelle Wahrnehmung? Experiment zur Unterscheidungsleistung 2.5 Chunks 2.6 Zusammenfassung 1. Definition Zum Begriff Wissensrepräsentation: Wissen = Speicherung, Integration und Organisation von Information on im Gedächtnis repräsentieren = darstellen, vergegenwärtigen Theorien zur Wissensrepräsentation = Frage, was mit der Information geschieht, nachdem sie wahrgenommen wurde und Eingang ins kognitive ive System gefunden hat Wie ist das Wissen im Gehirn eines Menschen verankert? 3. Bedeutungsbasierte Wissensrepräsentation 3.1 Das bedeutungsbasierte Gedächtnis 3.2 Episodisches und Semantisches Wissen 3.3 Modelle des Semantischen Gedächtnisses Modell des hierarchischen Netzwerkes Modell der sich ausbreitenden Aktivierung Modell des Merkmalvergleiches Zusammenfassung 4. Literatur 3 Art der Weiterverarbeitung der Information hängt davon ab, in welchem Format die Information gespeichert wird => Wahrnehmungsbasierte Wissensrepräsentation - erhält viel von der ursprünglichen Wahrnehmungserfahrung => Bedeutungsbasierte Wissensrepräsentation - enkodiert die Bedeutung der Erfahrung 4 2. Wahrnehmungsbasierte Wissensrepräsentation Theorien befassen sich nur mit der Frage, wie Informationen verarbeitet werden (nicht mit der Frage, wie diese vom Gehirn enkodiert werden) Informationen verbal oder bildhaft Wirft die Frage auf, ob verbales und bildhaftes Wissen auf gleiche Art gespeichert wird? Theorie von Alan Paivio: : Unterschiedliche kognitive Kodierungen für verbale und non-verbale Informationen 2.1 Die Theorie der dualen Kodierung nach Paivio Zwei Kodierungssysteme: 1. Imaginales (bildhaftes) System - Repräsentiert Informationen, die in Bildern enthalten sind, oder die mentale Bilder hervorrufen (z.b. konkrete Begriffe wie mein Fahrrad ) 2. Verbales System - Repräsentiert abstrakte sprachliche Information (z.b. Bruttosozialprodukt ) Beide Systeme nehmen keine Bedeutungsextraktion vor! 5 6 1

2 Kodierungssysteme arbeiten unabhängig voneinander Enkodierung von - Bildern: erfolgt meist imaginal - abstrakten Begriffen: meist verbal Kodierungssysteme wirken auch zusammen Enkodierung von - konkreten Begriffen: erfolgt imaginal + verbal ( z.b. hat fast jeder zum Begriff Haus auch ein Bild gespeichert) eichert) Wird Verbales Material mit einem Bild verknüpft erhöht sich die Erinnerungschance Bildhaftes Material wird besser behalten als verbales (wie das folgende Experiment von Santa zeigt) 2.2 Vergleich verbaler und visueller Verarbeitung Vpn sollten die drei oberen Objekte bzw. Wörter in den vier unten aufgeführten Grafiken wiedererkennen. In Teil a) ging dies am schnellsten bei der identischen Grafik links In Teil b) interpretierten die Vpn die Wörter sequentiell (der Reihe nach), und entschieden sich am schnellsten für die zweite Grafik von links, also die lineare Anordnung Experiment von Santa (1977); Quelle: Anderson (1996) 7 8 Ergebnis des Experimentes von Santa (1977): Unter geometrischer Bedingung wurde eine schnellere positive Entscheidung getroffen, wenn der Prüfreiz die gleiche räumlich Konfiguration aufwies wie das Original Unter verbaler Bedingung gab es eine schnellere positive Entscheidung, wenn die Komponenten linear angeordnet et waren. Demnach: Bilder erschließen sich direkt in ihrer Ganzheitlichkeit Wörter müssen erst dekodiert werden um den Sinn zu verstehen Bilder sind im Gehirn repräsentiert als Mentale Bilder 2.3 Mentale Bilder Mentale Bilder = visuelle Repräsentationen räumlicher Informationen nen Bilder von Szenen/Objekten, die wir vor unserem geistigen Auge sehen Wie unser Gehirn mit diesen arbeitet, zeigt ein Experiment zur Mentalen Rotation von Shepard & Metzler (1971) - zweidimensionale Bilder von dreidimensionalen Objekten - Vpn sollten entscheiden, ob die Objekte (in a,b,c) identisch sind - Dann wurden Vpn nach Lösungsstrategie befragt 9 10 Ergebnis: - Vpn gaben an, dass sie eines der beiden Objekte in ihrer Vorstellung so lange drehten, bis beide Objekte entweder zurz Deckung kamen, oder festgestellt werden konnte, dass sie nichtn identisch sind. - Je größer der Winkel, desto länger die Bearbeitungszeit Operationen an mentalen Bildern entsprechen Operationen an physikalischen Objekten Zeitfaktor eingeschlossen Auch die zwei folgenden Experimente sind Beispiele für die Repräsentation mentaler Bilder Entsprechen visuelle Vorstellungen der visuellen Wahrnehmung? Die Frage, ob ein Tisch, den wir uns vorstellen, im Wesentlichen einem Tisch entspricht, kann wohl mit ja beantwortet werden Mit der Frage, ob es auch Unterschiede zwischen mentaler Vorstellung lung und tatsächlichem Sehen gibt, beschäftigte sich Wallace 1984: Vorstellungssystem produziert optische Täuschungen Experiment: - Vpn bekamen Figur (a) oder (b) vorgelegt, und sollten die Länge der beiden horizontalen Linien einschätzen - Bei (b) sollten sie sich ein umgekehrtes V vorstellen, das über den Linien liegt - Beide Gruppen schätzten die obere Linie als länger ein Das Vorstellungssystem kann also eine optische Täuschung produzieren Spricht für einen Unterschied zwischen mentaler Vorstellung und Wahrnehmung 12 2

3 2.4.1.Experiment zur Unterscheidungsleistung Frage: Wie schnell kann der Mensch zwei im Gedächtnis gespeicherte Objekte miteinander vergleichen, und wie tut er das? Moyer 1973 Elch oder Forelle größer? (Probanden stellten sich diese bildlich vor) Aufgrund des deutlichen Größenunterschiedes schnelles Ergebnis Löwe oder Hund größer? Aufgrund des geringeren Größenunterschiedes längere Überlegung Chunks = engl. Bündel sind Teilstrukturen komplexer mentaler Bilder Figur (a) in 4 Dreiecke zerlegbar In der kognitiven Psychologie: Chunks Basiseinheiten einer größeren Struktur 2.5 Chunks Experiment von Reed 1974 sollte beweisen, dass komplexe mentale Bilder aus Einzelteilen zusammengesetzt werden (a) (b) (c) Abb. 4: Reed (1974); Quelle: Anderson (1996) (b) Trefferquote 65%, (c) 10% - zeigte Vpn kurz Abb. (a) - dann die Teilfiguren aus a): b) und c) - Vpn sollten sagen, welche Teile in der r ursprünglichen Figur enthalten sind Reaktionszeit abhängig vom Größenunterschied Der Größenvergleich von zwei vorgestellten Objekten ist genau wie der Größenvergleich zweier wahrgenommener Objekte um so schwieriger, je ähnlicher die Objekte sich hinsichtlich ihrer Größe sind Liegt daran dass die Vorstellungsbilder von Figur a) aus Teilfiguren wie b), aber nicht aus Teilfiguren wie c) bestehen Ein wirkliches Bild hat diese Eigenschaft nicht (in Wirklichkeit sind b) und c) gleichwertige Bestandteile von Fígur a)) Schlussfolgerung: Es existiert eine hierarchische Struktur der visuellen v Vorstellung! Zur Verarbeitung komplexer mentaler Bilder werden diese oftmals auch in Teilstrukturen (sogenannte Chunks) zerlegt Zusammenfassung Wahrnehmungsbasierte Wissensrepräsentation Wissen repräsentiert in Form von Vorstellungsbildern oder linearen Ordnungen 3. Bedeutungsbasierte Wissensrepräsentation 3.1 Das bedeutungsbasierte Gedächtnis Bedeutungsbasiertes Gedächtnis unterteilt in Bereich für verbale und Bereich für visuelle Informationen Operationen an mentalen Bildern ähneln Operationen an physikalischen Objekten, Zeitfaktor eingeschlossen Im verbalen Bereich Speicherung von Informationen in exakter Reihenfolge der Wörter in einzelnen Teilen (z.b. Gedichte) Prozess beim Vergleich zweier mentaler Objekte auf Quantität ähnelt Vergleich zweier tatsächlicher Objekte (Zeitfaktor eingeschlossen) Komplexe Bilder zerlegt in hierarchische Teilstrukturen, die Verarbeitung erfolgt nach einer hierarchischen Struktur Für den Verstehensprozess muss eine Bedeutung erfasst werden (hat man z.b. den Sinn einer auswendig gelernten Definition nicht verstanden, wird man sie bald vergessen) Langfristig repräsentiert werden nicht oberflächliche Details, sondern s Bedeutungen (so z.b. Gespräch: es wird meist die Bedeutung der Worte, aber nicht der exakte Wortlaut erinnert) Dies beweist auch das folgende Experiment von Mandler und Ritchey: - Im Gegensatz zur wahrnehmungsbasierten Wissensrepräsentation wird in der bedeutungsbasierten Repräsentationsform auf die Bedeutung einer Information eingegangen Dies geschieht im bedeutungsbasierten Gedächtnis Experiment von Mandler und Ritchey (1977) - Vpn wurde Bild präsentiert - Anschließend wurden die Vpn gebeten dieses gesehene (alte) Bild aus einer Menge alter und neuer Bilder heraus zu suchen Bei der Merkmalsänderung (anderer Rock) lag die Fehlerquote bei 40% Bei der Situationsänderung (andere Karte, was z.b. Kunst - statt Erdkundeunterricht bedeuten könnte) nur bei 4% 40% Fehler 4% Fehler - Auf neuen Bildern entweder Änderung eines visuellen Merkmals oder Bedeutungsänderung der Situation Identisch Merkmalsänderung Situationsänderung

4 Ergebnis: 3.1 Episodisches und semantisches Wissen Mensch besonders empfindlich für bedeutungsbezogene Veränderung (Typusveränderung( Typusveränderung) Merkmalsveränderungen werden schlechter erinnert Wird die wahrnehmungsbasierte Information vergessen, ist nur die Bedeutung abrufbar - Um die noch folgenden drei Modelle des semantischen Gedächtnisses vorzustellen, ist zunächst der Unterschied zwischen episodischem und semantischem Wissen zu klären Episodisches Wissen autobiographisch (z.b. das Wissen: was habe ich gestern abend gegessen?) Semantisches Wissen = Alltagswissen (z.b. Definition von Wörtern) Zur Erklärung, wie Menschen einfache Inferenzen (Wissen, das aufgrund von logischen Schlussfolgerungen gewonnen wurde) machen und entscheiden ob Sätze wie Ein Rotkehlchen ist ein Vogel richtig oder falsch sind, folgen drei Modelle des semantischen Gedächtnisses, dies sind Modelle des semantischen Gedächtnisses Modell des hierarchischen Netzwerks Collins und Quillian (1969; 1972) Modell des hierarchischen Netzwerks Modell der sich ausbreitenden Aktivierung Modell des Merkmalvergleichs 21 Hierarchisch aufgebaut Bsp.: Überprüfung der Aussage : Ein Hai hat eine Haut : Festlegung: 1. Hai = Fisch 2. Fisch = Tier 3. Tier = hat Haut Dauert länger als Überprüfung von Hai kann schwimmen (weil man m nur von Ebene 3: Hai zu Ebene 2: Fisch gehen muss, um festzustellen: - kann schwimmen 22 Fester Zeitbetrag, um von einer Ebene zur anderen zu gelangen Hierarchisches Netzwerk aufgrund von verschiedenen Eigenschaften kritisiert U. a. weil Assoziationsstärke innerhalb des Netzes variiert Bsp.: Sportart Modell der sich ausbreitenden Aktivierung Collins und Loftus (1975) Fußball Ringen rund um Finger kämpfen Fußball leichter als Sportart identifizierbar als Ringen, weil mit dem Wort Ringen mehrere Begriffe anderer Kategorien assoziiert werden könnenk Modell trotzdem von Bedeutung Hat sich als Sprungbrett für andere Modelle erwiesen 23 Heute allgemein akzeptiertes Modell des semantischen Gedächtnisses es Kognitives Netzwerk nicht mehr hierarchisch strukturiert Assoziative Zusammenhänge zwischen Knoten (Hitze, Feuer ) durch Linien dargestellt Je kürzer die Verbindungslinie, desto enger die Verbundenheit und umgekehrt (z.b. ist die Assoziation zwischen rot Abenddämmerung entfernter als rot Rose) Keine Gedächtnissuche wie beim hierarchischen Netzwerk (Beziehung der Begriffe vorgespeichert, und deshalb schnell abrufbar) Nach Aktivierung eines Begriffes dehnt sich Aktivierung auch auf benachbarte Begriffe aus (Verifikation der Aussage Ein Bär ist ein Tier z.b. erfolgt in einem Prozess der Aktivierungsausdehnung: - lesen der Wörter Bär und Tier Aktivierung verbreitet sich von beiden Knoten aus - Aktivierungslinien schneiden sich an einigen Knoten Auslösung Entscheidungsprozess Je enger die Knoten miteinander verbunden sind, umso schneller erfolgt e die Verifizierung 24 4

5 3.2.3 Modell des Merkmalvergleichs Netzwerkmodelle gehen davon aus, dass ein Großteil des menschlichen Wissens im Gedächtnis vorgespeichert ist Es ist jedoch auch denkbar, dass dieses Wissen aus im Gedächtnis gespeicherten Informationen neu gebildet wird Ein Wort wird hier als Menge semantischer Merkmale repräsentiert, die von wichtig bis trivial reicht Bsp. für die Merkmale eines Rotkehlchens: klein, zerbrechlich, rote Brust, zwitschert, zwei Beine, sitzt auf Bäumen, Schnabel, Flügel, im Wald zu sehen, nicht als Haustier zu halten, Vorbote des Frühlings, kein Säugetier Wort wird anhand von zwei Sorten von Aspekten repräsentiert: 1. Definierende Merkmale: Essenziell, definierend 2. Charakteristische Merkmale: Zufällig, charakteristisch Auf oberes Bsp. Bezogen: 1. Definitionsmerkmale eines Rotkehlchens: Flügel, zwei Beine, Schnabel, rote Brust 2. charakteristische Merkmale: Vorbote des Frühlings, im Wald zu sehen, sitzt auf Bäumen Modell des Merkmalvergleichs Überprüfung der Richtigkeit einer Aussage erfolgt über Vergleich der definierenden und charakteristischen Merkmale von zwei Kategorien Zur Überprüfung der Aussage Ein Rotkehlchen ist ein Vogel werden die Merkmale der Kategorien Rotkehlchen und Vogel verglichen Bei großer Überlappung der Merkmale Aussage als richtig verifiziert Bei keiner oder geringer Überlappung als falsch Modell des Merkmalvergleichs Bei der Überprüfung der Aussage: Ein Rotkehlchen ist ein Vogel wird also z.b. festgestellt: Definierendes Merkmal eines Vogels: - hat Federn Charakteristisches Merkmal eines Vogels: - sitzt auf Bäumen Rotkehlchen: - hat Federn - sitzt auf Bäumen Rotkehlchen = Vogel Aber: nicht alle Vögel können auf Bäumen sitzen (z.b. Huhn, Pinguin ) Falls sich die Merkmale zwar in gewisser Art ähneln, jedoch noch nicht eindeutig verifiziert werden können, erfolgt Vergleich nur auf 2. Ebene: ausschließlich die definierenden Merkmale werden verglichen Ansonsten gäbe es Fehler bei der Verifizierung Zusammenfassung Bedeutungsbasierte Wissensrepräsentation Das Modell des Merkmalvergleichs wurde mehrfach kritisiert, denn die definierenden Merkmale sind nicht eindeutig festlegbar (Pinguin hat keine Flügel, kann nicht fliegen, ist aber trotzdem ein Vogel) Dies führt zu unklarer Unterscheidung von definierenden und charakteristischen Merkmalen Gedächtnis speichert im verbalen Bereich nicht den genauen Wortlaut, sondern die Bedeutung der Botschaft Im visuellen Bereich weniger die visuellen Details als die Bedeutung des Bildes Die eigene Gedächtnisleistung kann also erhöht werden, indem man zu lernende, nicht bedeutungshaltige Informationen in eine bedeutungshaltige Form bringt Das Modell der sich ausbreitenden Aktivierung bzw. des hierarchischen Netzwerkes geht davon aus, dass ein Großteil des menschlichen Wissens im Gedächtnis vorgespeichert ist, und die Begriffe im Netzwerk miteinander verbunden sind Je näher sich zwei Knoten sind, desto bessere Stichworte sind sie e für die Reproduktion des jeweils anderen Wortes Das Modell des Merkmalvergleichs geht davon aus, dass Wissen aus im Gedächtnis gespeicherten Informationen neu gebildet wird Es ist möglich, aus bereits verfügbaren Informationen nicht direkt verfügbare Informationen abzuleiten

6 Zusammenfassung Es ist schwer abzuschätzen, in welchem Ausmaß Wissen vorgespeichert ert oder neu generiert ist 4. Literatur Wahrscheinlich ist, dass manche Bestände des Wissens sowohl vorgespeichert, als auch neu gebildet sind. Das menschliche Wissen ist zu verschiedenartig und zu flexibel, um als streng vorgespeichert oder o neu gebildet kategorisiert zu werden Anderson, John R.: Kognitive Psychologie ; 2. Auflage; Oxford: Spektrum Akademischer Verlag; Heidelberg, Berlin 1996 Anderson, John R.: Language, Memory and Thought. Hillsdale, NJ (Erlbaum)( 1976 Anderson, John R.;Bower,, G.H.: Human Associative Memory. Washington, DC (Winston) 1973 Der Brockhaus multimedial 2006 premium DVD (Win( Win); Institut & F. A. Brockhaus AG, Mannheim, 2004, Sat Wolf, Bayern Kintsch,, W.: The Representation of Meaning in Memory. Hillsdale, NJ (Erlbaum) 1977 Solso,, Robert L.: Heidelberg : Kognitive Psychologie ; Springer, 2005 Internetquellen: nyitottegyetem.phil-inst.hu inst.hu plato.stanford.edu/entries entries/mental-imagery (Abrufdatum: Juni 2007)

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