Analogie als Kern der Kognition

Transkript

1 17. Januar 2008 Betreuerin: Prof. Dr. Ute Schmid Professur für Angewandte Informatik / Kognitive Systeme Otto-Friedrich-Universität Bamberg

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3 Analogie von griechischen: ana(anˆ) auseinander, zusammen, wieder, gegen, entsprechend, pro, je Teil.

4 Analogie von griechischen: ana(anˆ) auseinander, zusammen, wieder, gegen, entsprechend, pro, je Teil. logos(logoc) Sinn, Bedeutung, Erklärung von Symbolen, Gegenständen, Dingen.

5 Analogie von griechischen: ana(anˆ) auseinander, zusammen, wieder, gegen, entsprechend, pro, je Teil. logos(logoc) Sinn, Bedeutung, Erklärung von Symbolen, Gegenständen, Dingen. analogos zusammen ( genommen) Sinn ( ergebend), je Teil (gleiches) Sinn, wieder (gleiches) Sinn (Darstellung, Erklärung), gegen( über liegendes), entsprechendes (im Sinne der Spiegelung, also der Gleichheit) Sinn (Darstellung, Erklärung).

6 Wieso können wir diesen Text lesen und verstehen?

7 Wieso können wir diesen Text lesen und verstehen? Welche unserer Fähigkeiten erlauben es uns?

8 Wieso können wir diesen Text lesen und verstehen? Welche unserer Fähigkeiten erlauben es uns? Wie Buchstaben erkennen?

9 Wieso können wir diesen Text lesen und verstehen? Welche unserer Fähigkeiten erlauben es uns? Wie Buchstaben erkennen? Was ist in der Buchstabe a so Besonderes, dass wir sie in allen Variationen und Größen wiedererkennen?

10 Wieso können wir diesen Text lesen und verstehen? Welche unserer Fähigkeiten erlauben es uns? Wie Buchstaben erkennen? Was ist in der Buchstabe a so Besonderes, dass wir sie in allen Variationen und Größen wiedererkennen? Wie Worte innerlich hören?

11 Wieso können wir diesen Text lesen und verstehen? Welche unserer Fähigkeiten erlauben es uns? Wie Buchstaben erkennen? Was ist in der Buchstabe a so Besonderes, dass wir sie in allen Variationen und Größen wiedererkennen? Wie Worte innerlich hören? Wie dessen Bedeutung bewusst werden?

12 Wieso können wir diesen Text lesen und verstehen? Welche unserer Fähigkeiten erlauben es uns? Wie Buchstaben erkennen? Was ist in der Buchstabe a so Besonderes, dass wir sie in allen Variationen und Größen wiedererkennen? Wie Worte innerlich hören? Wie dessen Bedeutung bewusst werden? Wie Zusammenhang verstehen? (zum Ende lesen mit dem Anfang noch im Kopf, dank Kurzzeitgedächtnis)

13 Nervenzellen im Auge reagieren auf Farbe und der Helligkeit und generieren Signale.

14 Nervenzellen im Auge reagieren auf Farbe und der Helligkeit und generieren Signale. 2,5 Millionen Nervenfasern gehen in das Gehirn ein.

15 Nervenzellen im Auge reagieren auf Farbe und der Helligkeit und generieren Signale. 2,5 Millionen Nervenfasern gehen in das Gehirn ein. Sehr viel Information.

16 Nervenzellen im Auge reagieren auf Farbe und der Helligkeit und generieren Signale. 2,5 Millionen Nervenfasern gehen in das Gehirn ein. Sehr viel Information. Netzwerk im Gehirn: Neuronen, Verbindungen zwischen Neuronen, ein Neuron kann bis zu Verbindungen mit anderen Neuronen aufbauen.

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18 Abbildung: Typischer Oleksandr Aufbau Bober eines Neurons, Analogie Autor: als Kern Mariana der Kognition Ruiz Villarreal.

19 Potentialübertragung nur in eine Richtung entlang des Axons hierarchische Strukturen.

20 Dadurch schrittweise Strukturierung, Filterung der Information: Vordergrund, Hintergrund, Kanten.

21 Dadurch schrittweise Strukturierung, Filterung der Information: Vordergrund, Hintergrund, Kanten. In jedem Schritt sehr viele Neurone aktiv. Massive parallele Verarbeitung.

22 Dadurch schrittweise Strukturierung, Filterung der Information: Vordergrund, Hintergrund, Kanten. In jedem Schritt sehr viele Neurone aktiv. Massive parallele Verarbeitung. Bestimmte Neurone entlang der Hierarchie antworten nur auf bestimmte Arten von Stimulus in ihrem rezeptiven Feld:

23 Dadurch schrittweise Strukturierung, Filterung der Information: Vordergrund, Hintergrund, Kanten. In jedem Schritt sehr viele Neurone aktiv. Massive parallele Verarbeitung. Bestimmte Neurone entlang der Hierarchie antworten nur auf bestimmte Arten von Stimulus in ihrem rezeptiven Feld: Rote Farbe, (sieht rot für alle gleich aus?), vertikale Kanten, Dreieck, bestimmtes Gesicht...

24 Dadurch schrittweise Strukturierung, Filterung der Information: Vordergrund, Hintergrund, Kanten. In jedem Schritt sehr viele Neurone aktiv. Massive parallele Verarbeitung. Bestimmte Neurone entlang der Hierarchie antworten nur auf bestimmte Arten von Stimulus in ihrem rezeptiven Feld: Rote Farbe, (sieht rot für alle gleich aus?), vertikale Kanten, Dreieck, bestimmtes Gesicht... Am Ende der Kette ist nur relativ kleine Gruppe von Neuronen aktiv.

25 Dadurch schrittweise Strukturierung, Filterung der Information: Vordergrund, Hintergrund, Kanten. In jedem Schritt sehr viele Neurone aktiv. Massive parallele Verarbeitung. Bestimmte Neurone entlang der Hierarchie antworten nur auf bestimmte Arten von Stimulus in ihrem rezeptiven Feld: Rote Farbe, (sieht rot für alle gleich aus?), vertikale Kanten, Dreieck, bestimmtes Gesicht... Am Ende der Kette ist nur relativ kleine Gruppe von Neuronen aktiv. Aber welche genau?

26 Wird durch Struktur und Funktionsweise des Netzes bestimmt.

27 Wird durch Struktur und Funktionsweise des Netzes bestimmt. Wie ist diese Selection Möglich? Wie wird bei der Filterung entschieden welche Information für die Weiterverarbeitung wichtig ist?

28 Wird durch Struktur und Funktionsweise des Netzes bestimmt. Wie ist diese Selection Möglich? Wie wird bei der Filterung entschieden welche Information für die Weiterverarbeitung wichtig ist? Lernen aus Erfahrung. Lernen und Gedächtnis das Einprägen eines Bildes in das neuronales Netz.

29 Wird durch Struktur und Funktionsweise des Netzes bestimmt. Wie ist diese Selection Möglich? Wie wird bei der Filterung entschieden welche Information für die Weiterverarbeitung wichtig ist? Lernen aus Erfahrung. Lernen und Gedächtnis das Einprägen eines Bildes in das neuronales Netz. Wodurch das Einprägen möglich?

30 Wird durch Struktur und Funktionsweise des Netzes bestimmt. Wie ist diese Selection Möglich? Wie wird bei der Filterung entschieden welche Information für die Weiterverarbeitung wichtig ist? Lernen aus Erfahrung. Lernen und Gedächtnis das Einprägen eines Bildes in das neuronales Netz. Wodurch das Einprägen möglich? Durch Synaptische Plastizität. Physiologische Grundlage von Lernen und Gedächtnis. Donald Olding Hebb 1949.

31 Wird durch Struktur und Funktionsweise des Netzes bestimmt. Wie ist diese Selection Möglich? Wie wird bei der Filterung entschieden welche Information für die Weiterverarbeitung wichtig ist? Lernen aus Erfahrung. Lernen und Gedächtnis das Einprägen eines Bildes in das neuronales Netz. Wodurch das Einprägen möglich? Durch Synaptische Plastizität. Physiologische Grundlage von Lernen und Gedächtnis. Donald Olding Hebb Es entsteht (Hippokampus) ein besser zusammengehöriges Teilnetz von Neuronen das gleichzeitig und schneller als andere mögliche Varianten aktiviert werden kann. Ein Aktivierungsmuster.

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34 Rückkoplungen im Netz: Schon aktivierte Strukturen beeinflussen (fordernd oder hemmend) Aktivierung weiterer Strukturen auf gleicher und benachbarten Hierarchieebenen.

35 Rückkoplungen im Netz: Schon aktivierte Strukturen beeinflussen (fordernd oder hemmend) Aktivierung weiterer Strukturen auf gleicher und benachbarten Hierarchieebenen. Prozess konvergiert in einem Aktivierungsmuster, eventuell zirkulärem.

36 Rückkoplungen im Netz: Schon aktivierte Strukturen beeinflussen (fordernd oder hemmend) Aktivierung weiterer Strukturen auf gleicher und benachbarten Hierarchieebenen. Prozess konvergiert in einem Aktivierungsmuster, eventuell zirkulärem. Schon aktivierte Strukturen bedeutet sie wurden schneller aktiv als die mögliche Andere: Durch die gelernte, schnellere Wege.

37 Rückkoplungen im Netz: Schon aktivierte Strukturen beeinflussen (fordernd oder hemmend) Aktivierung weiterer Strukturen auf gleicher und benachbarten Hierarchieebenen. Prozess konvergiert in einem Aktivierungsmuster, eventuell zirkulärem. Schon aktivierte Strukturen bedeutet sie wurden schneller aktiv als die mögliche Andere: Durch die gelernte, schnellere Wege. Man sieht eher das, was man gewöhnt ist zu sehen,...

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39 aber es gibt immer das erste Mal, wo man ganz was neues sieht erste Einprägung, danach nur Wiedererkennung, Verfeinerung, Hinzufügen Details.

40 aber es gibt immer das erste Mal, wo man ganz was neues sieht erste Einprägung, danach nur Wiedererkennung, Verfeinerung, Hinzufügen Details. Andererseits, schon aktivierte Strukturen bedeutet ein Teil der Realität wurde beobachtet Kontext weiterer Beobachtungen.

41 aber es gibt immer das erste Mal, wo man ganz was neues sieht erste Einprägung, danach nur Wiedererkennung, Verfeinerung, Hinzufügen Details. Andererseits, schon aktivierte Strukturen bedeutet ein Teil der Realität wurde beobachtet Kontext weiterer Beobachtungen. Aktivierungsmusterwie Gegenstände dargestellt weden, aber nicht nur Gegenstände sondern auch abstrakte Dinge Konzepte.

42 aber es gibt immer das erste Mal, wo man ganz was neues sieht erste Einprägung, danach nur Wiedererkennung, Verfeinerung, Hinzufügen Details. Andererseits, schon aktivierte Strukturen bedeutet ein Teil der Realität wurde beobachtet Kontext weiterer Beobachtungen. Aktivierungsmusterwie Gegenstände dargestellt weden, aber nicht nur Gegenstände sondern auch abstrakte Dinge Konzepte. Ein Gegenstand wird erst dann bewusst erkannt wenn man ihn zu bestimmter Kategorie, zu einem Konzept zuordnet.

43 Ein Konzept kann auf unterschiedlichen semantischen ebenen definiert werden. Einfache Konzepte gebildet aus der direkt beobachteten Gegenständen.

44 Ein Konzept kann auf unterschiedlichen semantischen ebenen definiert werden. Einfache Konzepte gebildet aus der direkt beobachteten Gegenständen. Konzept des Tisches: Durch Beobachtung der großen Menge von Tischen gebildete Menge der Einprägungen, der Aktivierungsmuster, die, wahrscheinlich, sehr stark überlappen.

45 Ein Konzept kann auf unterschiedlichen semantischen ebenen definiert werden. Einfache Konzepte gebildet aus der direkt beobachteten Gegenständen. Konzept des Tisches: Durch Beobachtung der großen Menge von Tischen gebildete Menge der Einprägungen, der Aktivierungsmuster, die, wahrscheinlich, sehr stark überlappen. Aber auch die kompliziertere Konzepte, die aus einfacheren Konzepten und derer Relationen gebildet sind, sind Bündel von überlappenden, das heißt ein Teil gemeinsam habenden, Aktivierungsmuster.

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47 Wenn mehrere Konzepte gleichzeitig aktiviert sind, verbinden sie sich wieder etwas besser.

48 Wenn mehrere Konzepte gleichzeitig aktiviert sind, verbinden sie sich wieder etwas besser. Die Bedeutung, der Sinn eines Konzept kommt durch gelernte Verbindungen von diesem Konzept zu anderen bestehenden Konzepten.

49 Wenn mehrere Konzepte gleichzeitig aktiviert sind, verbinden sie sich wieder etwas besser. Die Bedeutung, der Sinn eines Konzept kommt durch gelernte Verbindungen von diesem Konzept zu anderen bestehenden Konzepten. Wie sieht es aus? Was kann ich damit machen? Wo ist das?

50 Wenn mehrere Konzepte gleichzeitig aktiviert sind, verbinden sie sich wieder etwas besser. Die Bedeutung, der Sinn eines Konzept kommt durch gelernte Verbindungen von diesem Konzept zu anderen bestehenden Konzepten. Wie sieht es aus? Was kann ich damit machen? Wo ist das? Beim ansehen des Symbols 3 wird ein Muster aktiv das genau auf diese geometrische Form reagiert, diese Muster ist mit dem Muster verbunden das auf das gesprochene drei reagiert, man kann auch drei beliebige Gegenstände sich vorstellen Das alles formt das Konzept Drei.

51 Die Bedeutung kommt aber erst wenn man sich vorstellt, dass es auch zwei oder vier Gegenstände sein können. Man verbindet das Konzept drei mit Konzepten zwei und vier die ihrerseits zusammen mit drei und anderen den Konzept der natürlichen Zahlen bilden. In der Abhängigkeit von dem Kontext werden weitere Konzepte verbunden (aktiviert) wie: größer, kleiner, reelle Zahlen Abrundung.

52 Die Bedeutung kommt aber erst wenn man sich vorstellt, dass es auch zwei oder vier Gegenstände sein können. Man verbindet das Konzept drei mit Konzepten zwei und vier die ihrerseits zusammen mit drei und anderen den Konzept der natürlichen Zahlen bilden. In der Abhängigkeit von dem Kontext werden weitere Konzepte verbunden (aktiviert) wie: größer, kleiner, reelle Zahlen Abrundung. Der Sinn des Konzepts hängt von Verbindungen zu anderen Konzepten, die gleichzeitig mitaktiviert werden, oder schon aktiviert wurden. Welche sind das, hängt von den Zielen des Betrachters, oder von dem bereits Beobachteten: Ziel: Feuer; Beobachtung: Buch gleich Ast (Brennstoff) Ziel: Kriminalroman; Beobachtung: Buch ungleich Buch (Lehrbuch passt nicht in das Konzept des Kriminalroman)

53 Analogien kann man als einzelne Aktivierungsmuster aus dem Aktivierungsmusterbündel, das das Konzept darstellt. Zwei Tische sind analog, weil sie zum gleichen Aktivierungsmusterbündel, das das Konzept Tisch darstellt gehören. Ein Buch und ein Ast sind für mich analog, wenn ich ein Brennstoff suche.

54 Analogien kann man als einzelne Aktivierungsmuster aus dem Aktivierungsmusterbündel, das das Konzept darstellt. Zwei Tische sind analog, weil sie zum gleichen Aktivierungsmusterbündel, das das Konzept Tisch darstellt gehören. Ein Buch und ein Ast sind für mich analog, wenn ich ein Brennstoff suche. Die Wahrnehmung und die interne Darstellung als Produkt der Wahrnehmung, wie ich die Dinge sehe, interpretiere, verstehe, hängt von meinen Zielen ab und von dem bereits Wahrgenommenen Kontext. Das gilt auf allen Ebenen der Wahrnehmung: Unleserlich geschriebene A bzw. H wird im Kontext C T als A und im Kontext T E als H wahrgenommen.

55 Analogie spielt dabei die zentrale Rolle weil: Aktivierung einer Analogie führt zur Aktivierung von ganzem Analogienbündel zu dem sie gehört, das Konzept wird aktiv und aktiviert seine unzählige Verbindungen zu anderen Konzepten, und so kommt die Bedeutung ins Bewusstsein.

56 Analogie spielt dabei die zentrale Rolle weil: Aktivierung einer Analogie führt zur Aktivierung von ganzem Analogienbündel zu dem sie gehört, das Konzept wird aktiv und aktiviert seine unzählige Verbindungen zu anderen Konzepten, und so kommt die Bedeutung ins Bewusstsein. Beobachtet man ganz was unbekanntes, gibt es dazu keine Analogie, gehört also zu keinem Konzept. Die Bedeutung von dem Phänomen ist unklar. Eventuell man nimmt so ein Phänomen gar nicht wahr.

57 Beim beobachten wird gewollt oder ungewollt nach Analogien mit früheren Beobachtungen gesucht, und, abhängig von dem Kontext und dem Ziel (beide sind Mengen aktiver Konzepte), werden eventuell unterschiedliche Darstellungen von dem beobachteten Phänomen gebildet die unterschiedliche Aspekte hervorheben: DNA Molekül als Reißverschluß oder als source code.

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61 ist ein Modell für Analogiebildung von Douglas Hofstadter und seiner Gruppe.

62 ist ein Modell für Analogiebildung von Douglas Hofstadter und seiner Gruppe. operiert auf letter-strings domain und beantwortet Fragen von der Gestalt: abc bezieht sich zu abd wie xyz zu was?

63 ist ein Modell für Analogiebildung von Douglas Hofstadter und seiner Gruppe. operiert auf letter-strings domain und beantwortet Fragen von der Gestalt: abc bezieht sich zu abd wie xyz zu was? In soll das Bilden von interner Darstellung des Problems von dem Analogienbildung beeinflusst werden und umgekehrt. Die erkannte Strukturen beeinflussen Erkennung weiterer Strukturen.

64 ist ein Modell für Analogiebildung von Douglas Hofstadter und seiner Gruppe. operiert auf letter-strings domain und beantwortet Fragen von der Gestalt: abc bezieht sich zu abd wie xyz zu was? In soll das Bilden von interner Darstellung des Problems von dem Analogienbildung beeinflusst werden und umgekehrt. Die erkannte Strukturen beeinflussen Erkennung weiterer Strukturen. Parallel laufende unabhängige Prozesse, codelets, suchen in den Strings nach Strukturen und Beziehungen zwischen Strukturen.

65 Die codelets konkurrieren. Gebildete Strukturen sind temporell.

66 Bei Bildung der Strukturen, werden entsprechende Konzepte aus der Slipnet aktiver, dadurch werden mehr codelets erstellt die solche Strukturen Bilden und in die Warteraum coderack gestellt. So ist die Wahrscheinlichkeit der Weiterbildung von Strukturen die ähnlich sind den bereits gebildeten Strukturen höher.

67 Durch Zerstörer codelets und die zufällige Auswahl von codelets aus dem Warteraum werden viele mögliche Wege erforscht eine Struktur zu bilden.

68 Durch Zerstörer codelets und die zufällige Auswahl von codelets aus dem Warteraum werden viele mögliche Wege erforscht eine Struktur zu bilden. Wenn aber eine gute Struktur gefunden wurde muss sie beibehalten werden.

69 Durch Zerstörer codelets und die zufällige Auswahl von codelets aus dem Warteraum werden viele mögliche Wege erforscht eine Struktur zu bilden. Wenn aber eine gute Struktur gefunden wurde muss sie beibehalten werden. Das wird durch Berechnungstemperatur realisiert. Ist sie hoch, gibt es wenig guter Struktur. Wird gute Struktur gebildet, sink die Temperatur und die Zerstörer codelets werden immer unwahrscheinlicher. Bestehende gute Struktur wird zum Ende ausgebaut.

70 Durch Zerstörer codelets und die zufällige Auswahl von codelets aus dem Warteraum werden viele mögliche Wege erforscht eine Struktur zu bilden. Wenn aber eine gute Struktur gefunden wurde muss sie beibehalten werden. Das wird durch Berechnungstemperatur realisiert. Ist sie hoch, gibt es wenig guter Struktur. Wird gute Struktur gebildet, sink die Temperatur und die Zerstörer codelets werden immer unwahrscheinlicher. Bestehende gute Struktur wird zum Ende ausgebaut. Danach wird Regel generiert, die Transformation von Strings in der Basisdomain erklärt. Diese Regel wird dann unter Berücksichtigung des konzeptuellen Schlupfs für die Zieldomain übersetzt und angewendet.