Kognitívna veda

Termín „kognitívna veda“ alebo „kognitívne vedy“ sa datuje od MIT konferencie v roku 1956. Hlavné témy boli vtedy psychológia a umelá inteligencia. Psychológia – ako vedecký odbor skúmania – vtedy zažívala nemalú stagnáciu, pretože mala iba veľmi slabé explanačné schopnosti vysvetľovaní toho, „čo sa v človeku deje“, keď zažíva rôzne psychické stavy. Vtedajšie prístupy, najmä behaviorálna psychológia, si vystačili s vnímaním ľudskej psychicky ako čiernej skrinky, do ktorej nepotrebujú „vidieť“, hlavne že im black box dá očakávané výsupy. Pre kognitívnu psychológiu toto nestačí. Dôležité je vysvetliť, ako veci fungujú – teda popísať mechanizmy, ktoré umožňujú to, čo sa v mysli deje, ale aj prečo veci tak fungujú – teda, ako sa stalo, že práve tie kognitívne vlastnosti existujú a v prečo práve v tej podobe.

Kognitívna veda pracuje s pojmovým aparátom mozog-myseľ; je to jeden systém na ktorý nahliadame z dvoch ontologických a funkčných rovín: neurologickej – mozog a psychologickej – myseľ. Kognitívna veda študuje myseľ, mozog, inteligenciu, správanie sa informovaných systémov… správanie sa popri spracovávaní informácii. Toto sa dá zhrnúť pod označenie „kognitívne funkcie“. Kognitívna veda sa na informované systémy pozerá funkcionalisticky – správajú sa inteligentne, tak sú inteligentné, bez ohľadu na materiál, ktorý ich tvorí. Kognitívna veda tak prepája charakteristiky stroja a človeka; jednak modeluje, čo sa v mozgu deje, a má za svoj cieľ aj konkrétne procesy vsadiť do umelého systému.

Paradigmou kognitívnej vedy je, že mozog je počítač. Nie je to úplne porovnateľné s minulými mechanistickými predstavami – že mozog je ako hodinový strojček, prípadne iný mechanizmus, je to predpoklad, že to „čo sa deje v mozgu“ je možné mať v počítači. Počítač je dobrý príklad aj pre predstavu prelínania hardvéru a softvéru. Prvé počítače boli na pevno zadrátované – hardwired – a potrebná funkčná modifikácia si vyžiadala prestavanie stroja. Toto sa dnes už vo veľkej miere rieši softvérovo. Inými slovami, hardvér v počítači je zabstraktnený. Je dobre vidieť na exotických príkladoch, keď počítač slúži na inú prácu, než bol pôvodne nastavený. Extrémnym prípadom je minuloročný prenos archaickej Dosovej hry Doom z roku 1993 na displej elektronického tehotenského testu. Aj keď funkčne je toto iba demonštrácia programátorských schopností, podstatou je, že stroje sú už do tej miery riadené softvérom, že nie je nevyhnutné ich prekáblovať. Softvérové modifikácie sú rýchlejšie, lacnejšie, šetria prírodu, atď. Toto nie je až tak vzdialené od schopností človeka preberať vzorce správania od iných ľudí, iných živočíchov. Človek má dokonca schopnosť – ktorá nie je až tak častá v živočíšnej ríši – trénovať iných ľudí a zvieratá. Je typické, napríklad, že človek sa naučil loviť vo svorke, ako by bol vlk.

V slovníku kognitívnej vedy sa slovom kognícia myslí spracovanie informácií. (Niekedy.) Niekedy tento termín označuje rozpoznanie významu vo veciach (napríklad rozpoznanie symbolu, ktorý označuje vlastnosti alebo atribúty vecí.) Rozpoznávanie vlastností, atribútov alebo významov je viac ako iba informácia z prostredia, lebo význam nie je len záležitosťou užitočnosti, ale aj správnosti využitia. Ak si vytvoríme model mozgu, na vyššej úrovni abstrakcie, spracovanie vnemov začína v senzoroch, odkiaľ informácia odchádza do perceptora, kde je zaregistrovaný vnem obohatený o váhy (významy) toho, čo sa asi okolo deje. Zjednodušenie, keď niečo vidíme, máme z toho pocit, náladu, stav – nie iba informáciu, že čo vidíme. Neanalyzujeme to iba analytickým ráciom, ale získavame k tomu postoj. Človek vlastne nie je ani tak „racionálna“ bytosť, ale skôr homo emoticus.

V súčasnej dobe sme s emocionálnou záťažou množstva informácií silno konfrontovaní. Máme príliš veľa informácií okamžite k dispozícii. Nedávame ale najvyšší dôraz na pravdivejšiu alebo pravdepodobnej lepšiu informáciu, ale na takú, ktorá je príťažlivo emočne prifarbená (emocionálne príťažlivé neznamená príjemné – sme fascinovaní strachom zo známych aj neznámych vecí, priťahujú nás mudrovania o rôznych konšpiráciách, sprisahaniach, skupinkách ovládajúcich svet, ľudí, počasie, atď; čo je emočne príťažlivé teda vôbec nemusí byť esteticky pekné, eticky dobré alebo akokoľvek pozitívne, skoro vždy je to práve naopak). Človek tiež má tendenciu veriť (dôverovať) viac informácií, ktorá sa zjaví ako prvá, alebo takej ktorá sa často opakuje. O dobe, v ktorej žijeme, môžeme hovoriť ako o post-fakutálnej dobe.

Konfrontovanie získaných informácií s reálnym svetom možno považovať za získavanie skúseností. Rozdiel medzi počítačom a človek v tomto je ten, že počítač svoje „skúsenosti“ získava programovaním okamžite. Pričom, znovu je to tak, že tie časti „programovania“, ktoré sú hardwired sú ťažko meniteľné aj v umelom systéme, aj pri živých organizmoch, kde tvoria tzv. inprinty. Kognitívna veda stále nemá doriešené otázky o tom, čo všetko je u človeka inprint a čo je naučené na základe  prežitých skúsenosti. Napríklad: Ako vzniká osobnosť človeka? Čo všetko je vrodené správanie? Čo z vrodeného správania sa dostáva do osobnosti? Aký je teda vzťah medzi DNA človeka a učenia sa pri utváraní osobnosti? Dá sa osobnosť zmeniť?

Späť k reprezentácii poznatkov. Nemáme alebo nemusíme mať priamy prístup k tomu, nad čím premýšľame; vieme uvažovať aj o tom, čoho sa nemôžeme dotknúť, nemôžeme ochutnať, ovoňať, vidieť, … Vieme proste uvažovať abstraktne o veciach, ktoré sú mimo dosah. Poznatky môžeme mať interpretované samotným systémom, ktorý ich rozpoznáva, alebo za pomoci iných systémov na základe referencií

. Referenčný systém vie pracovať so symbolmi. Dobrý príklad symbolu sú peniaze, ale „€“ je zas symbol peňazí. Vieme tak stavať celú štruktúru symbolov odvodených z iných symbolov.

Filozofia mysle

Tento filozofický smer vzniká na ramenách analytickej filozofie. Tá sa pokúšala jazykom (často jazykom matematiky) vysvetliť svet. Cieľom analytických filozofov bolo redukovať popis sveta na množinu logických výrokov o ktorých by sa mohlo dať jednoznačne povedať, či sú pravdivé alebo nepravdivé. Tiež skúšali redukovať matematiku na logiku, čo sa z rôznych dôvodov nepodarilo (bránili tomu rôzne paradoxy, napríklad či množina všetkých množín, ktoré neobsahujú samé seba je obsiahnutá v tejto množine).

Filozofia mysle ide od objektu ku subjektu. Nezaoberá sa tým, aké vecí „sú“, ale ako sú veci interpretované. Oddeľuje teda význam a účel vecí od objektov samých. Pričom neexistuje zmysel vecí, ktorý by sme mohli niekde vo vesmíre objaviť, ale ten si definujeme sami. Podobne, reprezentácie vecí, poznatkov, sú „o niečom“ a vznikajú, lebo chceme, aby vznikali. Všetky reprezentácie majú významy. Niektoré významy sú objavené a sú overiteľné. Napríklad, že komár pichá a je otravný. Niektoré významy sú konštruované. Napríklad že môže existovať insekticíd, ktorý zabije komára. Niektoré reprezentácie poznatkov sú veľmi konštruované a sú zároveň mimoskúsenostné. Napríklad, že existuje chémia, ktorá umožní vytvoriť insekticíd, ktorý zabije komára, ale že toto nemusí byť až tak dobrá vec, pretože zabije aj všeličo iné a napokon komáre sú súčasťou ekosystému a majú v ňom svoje miesto a z tohto dôvodu môže byť niekedy vhodné využiť radšej dravce (predátory), namiesto chémie. Niektoré reprezentácie sú veľmi abstraktné, napríklad ochrana životného prostredia; čo je reprezentácia skoro až kontra-intuitívna, pretože ochrana životného prostredia sa premietne do vyšších nákladov v prítomnosti, aby sme mohli mať nižšie náklady v budúcnosti presahujúcej dĺžku nášho dožitia.

Reprezentácie poznatkov sú aktivované (invokované) svojimi referentami alebo niečím, čo je s nimi spojené; podobnosťou alebo naučením sa. Etnolingvistika napríklad hovorí o tom, ako vznikli slová s príslušným zvukom, na základe podobnosti so zvukom toho, čo reprezentujú. Napríklad na psa naši predkovia (vraj) hovorili „ps, ps.“ z toho je „pes“. Čo znie zľahka dubiózne.

Filozofia mysle sa zaoberá aj tým, čo vlastne znamená „vedieť“, respektíve vedieť s istotou. G. E. Moore svojho času vysvetľoval, že vedieť znamená mať poznatok, že „toto je moja pravá ruka“ (ukazujúc na svoju pravú ruku. Bez toho, aby sme museli vidieť film Matrix, však vieme že existuje typ zdravotného poškodenia, pri ktorom človek „cíti“ končatiny, ktoré mu amputovali, alebo iný typ poškodenia, pri ktorom sa nestotožňuje s končatinami, ktoré reálne má a sú prípady, kedy si človek takto dal odrezať nohu. Vnímanie sveta teda nemusí byť otázkou objektívnej reality. Naopak, „realita“ je vecou percepcie, vnímania. Skutočnosť je to, čo za skutočnosť považujeme.

Iná vec je pochopenie sa vnútorného prežívania iného človeka. Vieme, napríklad, zistiť mieru stresu iného tvora, nevieme tento však prežiť spolu s ním. Aj takýto stav je opísaný slovom „kvália“. Kválie sú kvalitatívnymi parametrami sprevádzajúcimi život, ktoré sú principiálne neprenosné. Opísať svoje pocity totiž nie je to isté, ako ich prežiť. Otázkou je, či je vnútorná reprezentácia nevyhnutná k tomu, aby sme mohli hovoriť o tom, či je systém inteligentný? A ak sa rozhodneme, že táto požiadavka je nevyhnutná, ako takúto inteligenciu rozpoznáme u iných živočíchov? Alebo dokonca, ako ju spoznáme u ľudí? Musíme mať v mysli vhľad, aby sme boli inteligentí?

Umelá inteligencia

O automatoch snívame o nepamäti. V Epose o Gilgamešovi je jeho pomocník a kamarát vyrobený. Umelé bytosti sú prítomné v gréckych bájach, aj v povestiach orientu. Proste, chceme vedieť poskladať život, aby bol samostatne funkčný a chceme, aby to bol inteligentný a vedomý život, s myslením podobným nášmu.

V kognitivistickej paradigme umelej inteligencie je dôležitý prvok konekcionizmu, ktorý vychádza z toho, že inteligencia je rozprestredná v systéme, ktorý pozostáva zo zapojenia (konekcie) veľkého množstva nódov. Takto to je v umelej neurónovej sieti, ale aj v ľudskom mozgu. Pričom je predpoklad, že unikátne spojenie neurónov v ľudskom mozgu – tzv. konektóm  je v skutočnosti to čo kóduje našu osobnosť. Samotné DNA na toto nestačí.

V ére mechanických strojov a neskôr v rannej ére počítačov sme si mysleli, že nájdeme nejaký algoritmus na myseľ. Bude veľmi komplikovaná rovnica, alebo sústava rovníc. Ukázalo sa, že toto nebude také ľahké. Súčasný prístup je založený na budovaní kognitívnych funkcií metódou bottom up, kedy niektoré kognitívne funkcie sú pridané do umelej inteligencie a následne spolu s ďalšími vytvárajú komplexnejší kognitívny systém. Čo vlastne je „umelá inteligencia“? Človek múdrejší odo mňa raz povedal, že umelá inteligencia je budúci čas. V minulosti sme za inteligentný systém považovali ten, ktorý bude vedieť hrať šach. To sa podarilo pomerne skoro. Potom sme zaň považovali systém, ktorý bude rozpoznávať ľudskú reč. Toto už tiež bolo realizované a nič inteligentné na hračkách typu Siri alebo Alexa nevnímame. Ešte inou métou boli systémy, ktoré mali vedieť produkovať text. Toto už tiež máme za sebou. Akoby stav, kedy vieme ako dosiahnuť inteligentné odpovede zo stroja túto kvalitu odkúzľovali. Najbližšie nás čaká méta umelého systému, ktorý bude vedieť rozpoznávať pravdu od hoaxu :-)

Neurónovou sieťou sa v kognitívnej vede myslí funkčný komponent, ktorý je používaný pre počítačové modelovanie za účelom buď vysvetlenia ľudských kognitívnych (intelektuálnych) schopností alebo ich replikáciu. Umelá neurónová sieť zvyčajne pozostáva z dvoch alebo troch vrstiev. Trojvrstvová má vstupnú, skrytú a výstupnú vrstvu. Dvojvrstvová si vystačí so vstupom a výstupom. Vzhľadom na komplikovanosť prepojenia nódov v neurónovej sieti je pomerne ťažké určiť, prečo neurónová sieť niečo vypočíta „práve tak“. Toto samé vytvára etické problémy. Napríklad, ak by sme nechali umelú inteligenciu robiť sudcu, nebudeme presne vedieť, prečo umelá inteligencia rozhodla, ako rozhodla. Otázne je aj, či to v skutočnosti potrebujeme. A či mám právo na takýto typ transparentnosti.

Keď uvažujeme nad umelou inteligenciou, ako nad systémom riešiť rôzne problémy, môžeme akceptovať dichotómiu „slabá“ a „silná“ umelá inteligencia. Silná umelá inteligencia je univerzálnym riešiteľom problémov, slabá je orientovaná na konkrétny problém.

Lingvistika

Hlavnými obormi skúmania kognitívnej lingvistiky sú osvojovanie si jazyka a vzťah medzi používaním jazyka a pamäťou, respektíve vedomí. Kognitívna lingvistika prišla s fyzicky hmatateľnými neurokorelátmi jazyka – identifikovaním častí mozgu, ktoré sú zodpovedné za rozpoznávanie jazyka a za tvorbu viet. Znovu, je tu rozdiel medzi schopnosťou počuť, schopnosťou rozumieť, schopnosťou formulovať myšlienky a schopnosťou ich vysloviť. Za každú z týchto funkcií sú zodpovedné iné časti mozgu. Samozrejme, stále nám ostávajú nezodpovedané otázky: Ako to, že myslíme vo vetách? Je možné myslieť aj úplne bez použitia viet? Ako sa tvorí syntax, sémantika a pragmatika jazyka?

Neuroveda

Kognitívna neuroveda sa zaoberá fyziológiou mozgu a centrálnej nervovej sústavy. Systematicky hľadá neurokoreláty kognitívnych funkcií; teda to, ako sú funkcie ako pamäť, uvažovanie, snívanie a podobne „namapované“ na príslušné časti mozgu a jeho konkrétne fungovanie z fyziologického pohľadu. Kognitívna neuroveda nám ukazuje, ako to v mozgu funguje a zároveň sa snaží tieto procesy replikovať.

Pri skúmaní mozgu a nervovej sústavy sa dostávame k rôznym paradoxným otázkam. Napríklad ak človeku nahradíme 1000 neurónov syntetickými prvkami s úplne rovnakou funkcionalitou, ostane tým istým človekom? Asi áno. Ale aké to bude, ak mu nahradíme polovicu neurónov? A ako, ak nahradíme všetky okrem jedného posledného? A ako ak aj ten jeden posledný? Vznikajú tak zásadné otázky o tom, čo je človek a čo je ľudská osobnosť. Či túto vieme syntetizovať, či ju vieme preniesť do umelého systému (a potom prípadne nazad), a podobne.

Antropológia

Antropológia vie podať niektoré odpovede na niektoré otázky o tom, prečo existujú konkrétne kognitívne funkcie v podobe, v akej ich vidíme teraz. Základom je, samozrejme, evolučná biológia. Kognitívna antropológia okrem biológie zahŕňa paradigmu dual inheritance theory, teda prírodno-kultúrnej koevolúcie človeka. Tento koevolučný princíp vychádza z toho, že človek evolvuje aj svojou DNA (pomaly), ale aj vďaka kultúrnym tlakom, ktoré na seba aplikuje (čo je pomerne rýchly spôsob evolúcie). Kým evolúcia genetického kóde je štandardnou darwinovskou evolúciou – ďalším generáciám sa predáva všetko, čo nie je vyslovene škodlivé a znižovalo by schopnosť prežiť alebo rozmnožovať sa, kultúrna evolúcia je skôr evolúciou Lamarckového typu. Lamarck svojho času predpokladal, že žirafám sa predlžovali krky preto, lebo sa naťahovali za vyššími a vyššími konármi stromov. Takto jednoducho to v prírode nechodí, to by stačilo laboratórnym myšiam kupírovať chvosty a časom by sa začali rodiť bez nich (čo samozrejme nefunguje). Priamy tlak prostredia je však možné rozpoznať pri vývoji kultúry.

Kognitívna psychológia

Zjednodušene; kognitívna psychológia sa orientuje na konkrétne kognitívne procesy (napríklad vnímanie, percepciu, pamäť, ale aj uvažovanie, osvojovanie si jazyka, vedomie, emócie, predstavivosť, daydreaming, a podobne) a na ich súhru v inteligentnom systéme. Pojem „vnímanie“ je v Slovenčine trochu problematický, lebo nerozlišuje sensiu (zaznamenanie vnemu senzorom) a percepciu (spracovanie vnemu príslušným centrom). Senzory sú zmyslové orgány; oči, uši, jazyk, atď. Percepcia je funkciou mozgu, respektíve centrálnej nervovej sústavy. Je teda rozdiel, či je – napríklad – človek slepý, pretože nemá oči, alebo je slepý pretože má poškodenú časť mozgu, ktorá sa zaoberá spracovaním obrazu.

Paradigmou kognitívnej psychológie je dosiahnuť stav, kedy je možné vypočítať (so silou matematického dôkazu) príslušný stav kognitívnej funkcie, respektíve celého systému. Je to veľký krok od analytickej psychológie, ktorá funguje tak, že analytik má „dojem“, na základe ktorého ponúka terapiu (zväčša tú istú všetkým). Kognitívna psychológia sa zameriava na modelovanie procesov a teda nie je príliš terapeutická. Kognitívna psychológia ale pomáha ľuďom inak :-D

Ku kognitívnej psychológii som sa dostal cez štúdium religionistiky. Religionistika, ako bola nastavená na Filozofickej fakulte Univerzity Komenského v Bratislave bola orientovaná na poznávanie rôznych náboženských smerov a ich prejavov. Mňa však zaujímalo to, ako je možné, že človek verí. Našťastie je k tomuto celkom veľa literatúry a kognitívna veda dokázala podať vedecké odpovede so slušným explanačným potenciálom. Počnúc tým, že viera môže byť reflektovaná alebo nereflektovaná. O mnohých veciach sme presvedčení, aj keď je to iba viera. Typickým príkladom sú rôzne prejavy našich kognitívnych skreslení (biasov). Týchto je veľké množstvo, skatalogizované sú tak na desiatky a z typických príkladom môžem vybrať napríklad bandwagon effect, keď sa človek pridá ku skupine (band), aby bol in bez toho, že by zvažoval, či sú jej závery naozaj dobré. Alebo bias orientovať sa podľa prvého videného/počutého (anchoring) alebo orientovať sa podľa extrémnej situácie a podobne (frequency bias). Kognitívna psychológia vie zodpovedať aj na otázky, prečo je dobré biasy mať. Zjednodušene: ľudia nepotrebujú myslieť dokonalo, potrebujeme myslieť, aby sme dostatočne efektívne vedeli prežiť čas, čo na zemi máme. Uvažovanie podľa biasov zväčša funguje. Stačí nám to.

Náboženské myslenie zahŕňa veľké množstvo kognitívnych predpojatostí, počnúc orientovaním sa podľa „autority“, cez spomínaný bandwagon effect až po intuitívny dualizmus mysle a mozgu (duše a tela). Religiozita je postavená na troch „B“, z angličtiny: to believe, to behave a to belong. Samotná viera tak nerobí človeka príslušníkom náboženského smeru. Tým ho robia ostatní príslušníci, keď rozpoznajú jeho správanie sa za „správne“ a v súlade s očakávaniami komunity.

Science, technology and humanity

Očakávame, že človek bude v budúcnosti vedieť viac, ako vie teraz. Už teraz sa však dostávame do situácie, kedy nevieme riešiť všetky naše problémy, pretože faktorov, ktoré nám do toho vstupujú je skrátka priveľa. Veľmi dobrým príkladom je už spomínaná ekológia; človek nemá mozog, ktorý by bol schopný brať do úvahy planetárne procesy vplývajúce na ekosystém. Nedávno sme tiež videli problém, kedy ľudia zlyhávali v chránení sa proti mikroorganizmom. Človek má tiež problém rozumieť štatistikám a vyvodzovať z nich relevantné závery. A to sa stále pohybujeme iba v rámci viac-menej pochopiteľných, hmatateľných problémov. Kognitívna veda však otvára úplne nové obzory a s nimi spojené etické otázky. Napríklad, ako sa vysporiadať s potenciálnymi vylepšeniami človeka? Tieto môžu byť fyzického typu – rýchlejšie nohy, silnejšie ruky, ale mentálneho – vyššia inteligencia, lepšia pamäť. Toto všetko môže mať zásadný dopad, napríklad na trh práce, kedy vylepšení ľudia budú v zásadnej výhode. Asi najväčšou dilemou, hrozbou a šancou zároveň je jav technologickej singularity. To je situácia, kedy vedecko-technická revolúcia bude výhradne v rukách umelej inteligencie a bude prebiehať tak rýchlo, že človek nebude ani vedieť rozpoznať jej priebeh. Pre porovnanie: trvalo storočia, kým človek vytvoril použiteľný parný stroj, potom ale trvalo už len desaťročia, kým sme sa dostali k elektrine a k spaľovacím motorom. Následne trvalo pár rokov pre vytvorenie leteckej dopravy, konštrukcie polovodičov, internetu, atď. Vo stave technologickej singularity budú ďalšie technologické míľniky dosahované ohromnou rýchlosťou a stroje (umelá inteligencia) bude mať vyššiu erudíciu v každom obore ľudskej činnosti. Čo potom z nás ostane? K týmto otázkam vediem kurz na Fakulte matematiky, fyziky a informatiky, Univerzity Komenského v Bratislave.

Tento text je draftom prednášky realizovanej pre Katedru živočíšnej fyziológie a etológie FNS UK, 20. 2. 2023.