College 1: inleiding en perceptie (10 jan)
Inleiding
Wat is cognitieve psychologie?
Vooral gedragsexperimenten. Tegenwoordig ook wel cognitieve cognitieve neurowetenschappen
genoemd (relatie met neurale processen). Ook bekend als cognitieve wetenschappen (ook breder
gebied, met bv AI).
Cognitieve psychologie bestudeert het verwerken van informatie: vergaren, opslaan, ophalen,
informatie gebruiken. Gebruik van interne, mentale representaties.
Cognitieve psychologie = de wetenschappelijke studie van de manier waarop mentale representaties
worden gevormd, bewaard en gebruikt.
Hoe komen we hier (korte geschiedenis)
Wetenschap begon bij de Grieken: Plato en Aristoteles. Hoe vergaren we kennis?
Plato: kennis is volmaakt voor geboorte, maar wordt vergeten bij geboorte.
Aristoteles: kennis door ervaring (eerste empirist!). Dus kennis vergaren door ervaring.
Empirisme/associationisme:
Empirisme: alle kennis komt uit ervaring.
Associationisme: ideeën en herinneringen ontstaan door associaties.
Gedachte-experiment: bal kubus voorbeeld, eerst blind daarna kan je weer zien. Kan je, als je weer
kan zien, de bal en kubus herkennen door zicht (deze vormen heb je dus nog nooit eerder gezien)?
Dit blijkt niet te kunnen.
19e eeuw: introspectisme.
Uitvinden hoe menselijke geest werkt op basis van experimenten. Dat wil zeggen: hoe bewuste
denkprocessen werken. Wilhelm Wundt. Deze denkprocessen bestaan uit basis elementen en deze
kunnen met introspectie onderzocht worden. Getrainde observeerders vertellen over hun ervaringen
in experiment.
Methode kent vele gebreken:
- enkel getrainde personen (bv geen kinderen, personen met mentale stoornissen)
- geen mogelijkheid tot onderzoek met dieren
- introspectie heeft geen toegang tot alle cognitieve processen (bv onbewuste processen,
introspectie heeft ook geen toegang tot illusies)
- introspectie interfereert met cognitief proces.
- resultaten moeilijk repliceerbaar in andere labs
Methode wordt echter tegenwoordig nog gebruikt. Descriptive experience sampling (DES): op
willekeurige tijdstippen worden proefpersonen gevraagd om aan te geven waar ze aan denken (zie
box 1.3 voor een voorbeeld).
Begin 20e eeuw: behaviorisme.
Watson en Skinner. Je kan bewustzijn niet bestuderen. Je moet alleen bestuderen wat kan worden
geobserveerd. Alleen de functionele relatie tussen input en output is relevant. Geen theorievorming
over tussenliggende mentale processen.
Alleen mentale activiteit is te herleiden tot gedrag (denken = kleine bewegingen met tong en
strottenhoofd; geen mentale representaties).
Alle gedrag kan aangeleerd worden op basis van bekrachtiging (straffen en belonen).
Skinner: taal wordt geleerd door bekrachtiging van goed taalgebruik. Bv: kind zegt ‘papa’, krijgt
positieve feedback, kind gaat steeds beter ‘papa’ zeggen.
1
,20e eeuw: de cognitieve revolutie.
Noam Chomsky schrijft zeer kritische review over ‘verbal behavior’:
- kind krijgt te weinig stimuli (en beloningen) om taal te leren
- kinderen leren taal zonder expliciet leersignaal (te weinig bekrachtiging)
- taal is te complex. Mensen produceren en begrijpen zinnen die ze nog nooit hebben gehoord.
Latent leren: het einde van behaviorisme (experimenten van Tolman). Ratten werden in doolhof
geplaatst. Ratten die niet direct bekrachtiging kregen leren wel het doolhof. Dus mentale representatie
van het doolhof was latent aanwezig.
Verdere bezwaren tegen behaviorisme:
- human factors: als je enkel naar input en output kijkt, houd je geen rekening met andere
factoren die gedrag kunnen beïnvloeden. Reactie op input is afhankelijk van stress, motivatie,
vermoeidheid, emoties etc.
- imprinting: niet alle gedrag is aangeleerd.
Computer doet mentale taken van mens (schaken, medische diagnoses stellen, zinnen vertalen).
Verwerken van informatie door interne representaties te manipuleren. Assumptie: hersenen werken
als computers. MAAR: human factors.
Tegenwoordig: wisselwerking tussen AI en cognitieve (neuro)wetenschappen. Connectionisme
(artificiële neurale netwerken). Simuleren van cognitieve processen aan de hand van verschillende
laten kunstmatige ‘neuronen’ die verbonden zijn. Neurale netwerk leert een cognitief proces correct uit
te voeren door de sterkte van de verbindingen te wijzigen (bv door backpropagation).
H2: perceptie
Wat is perceptie
Onze eigen (subjectieve) sensorische ervaring van de wereld. Tussen sensatie (transformatie van
energie naar hersensignalen) en cognitie (gebruik van mentale representaties).
Perceptie is meer dan de zuivere registratie van de fysieke wereld. Niet altijd accuraat; geen exacte
representatie.
Visuele illusies.
Gestalt-wetten: perceptie volgt organisatorische wetten. Het geheel is groter dan de som van de
delen. Wet van geslotenheid: eenheden die deel lijken uit te maken van eenzelfde voorwerp, worden
gegroepeerd en vervolledigd. Bv plaatje waar je een driehoek in ziet.
Fundamentele concepten
Inverse probleem. Externe wereld is 3D, de projecties op de retina 2D. Verschillende (3D) vormen
kunnen hetzelfde (2D) beeld produceren. Reconstructie van 2D projectie naar 2D representatie?
Bottum-up en top-down.
- bottum-up: zuivere transformatie van sensorische input naar een percept (data-gedreven).
- top-down: de transformatie van sensorische input naar een perceptie wordt beïnvloed door
cognitieve factoren (bv voorkennis, verwachtingen).
Waarschijnlijkheisprincipe: de manier waarop een object gepercipieerd wordt, wordt bepaald doro wat
het meeste waarschijnlijke is gegeven onze voorkennis. Bv een bepaalde vorm kan zowel als een H
als een A worden gelezen, afhankelijk voor je voorkennis en de letters om de letter heen.
2
, Perceptie is een Bayesiaans proces (Bayesian decision theory): een percept wordt bepaald door:
- de likelihood (de onzekerheid)
- de prior (de kennis over het percept voorafgaand aan de waarneming)
- de beslissingsregel (interpretatie is afhankelijk van de taak)
Voorbeeld aantal katten tellen en zeggen.
Perceptuele systemen
Zelfstudie
Herkenning
Hoe herkennen wij objecten.
Theoretische benadering:
1. pandemonium model
Je hebt verschillende groepen van demonen. Beelddemonen → kenmerk demonen → cognitieve
demonen.
- beelddemonen → schreeuwen als ze licht zien (fotoreceptoren in de retina)
- kenmerkdemonen → schreeuwen als reactie op bepaalde beelddemonen
(kenmerkdetectoren in primaire visuele cortex)
- cognitieve demonen → schreeuwen als bepaalde kenmerkdemonen actief zijn.
- beslissingsdemon → lost probleem op door te reageren op de schreeuw van de cognitieve
demonen, waardoor de stimulus herkend wordt.
2. prototype theorie
Een object wordt bepaald aan de hand van de gelijkenis met het beste exemplaar van die categorie.
Wat is de afstand tussen het object en het prototype.
3. recognition by components
Viewpoint invariant features om 3D te herkennen uit 2D informatie. Creatie van
‘volumetrische primitieven’ op basis van deze features (geons). Mbv viewpoint
invariant features bouw je volumetrische primitieven.
Basisprincipe: alle objecten kunnen voorgesteld worden adhv een klein aantal
componenten, geometrische primitieven of ‘geons’, die op een bepaalde manier
geordend zijn.
Recognitions by components stelt dat objecten herkend worden obv geons die
geconstrueerd zijn obv viewpoint invariant features.
Is dit echt zo? Voorspelling: als we een viewpoint invariant feature verwijderen van
een object, dan zal herkenning moeilijker zijn.
Proefpersonen moeten een object herkennen. Een deel vh object ontbreekt: wel (at
vertex) of geen (at midsegment) viewpoint invariant feature. De proportie van de
verwijderde delen wordt gevarieerd. Object wordt 100, 200 of 750 ms gerepresenteerd.
Experimentele steun voor de theorie: objecten waarvan de structuur van de geons werd beschadigd,
werden trager herkend.
Kritiek op deze theorie:
- is het wel echt viewpoint-invariant? (voorbeeld plaatje van fles vanaf boven gezien)
- perceptie vermoedelijk niet enkel op basis van recognition by components.
- in combinatie met Image-based herkenning: objectherkenning door representatie van een
aantal beperkte views (of fragmenten die het meeste informatie bevatten) van een object.
3
Inleiding
Wat is cognitieve psychologie?
Vooral gedragsexperimenten. Tegenwoordig ook wel cognitieve cognitieve neurowetenschappen
genoemd (relatie met neurale processen). Ook bekend als cognitieve wetenschappen (ook breder
gebied, met bv AI).
Cognitieve psychologie bestudeert het verwerken van informatie: vergaren, opslaan, ophalen,
informatie gebruiken. Gebruik van interne, mentale representaties.
Cognitieve psychologie = de wetenschappelijke studie van de manier waarop mentale representaties
worden gevormd, bewaard en gebruikt.
Hoe komen we hier (korte geschiedenis)
Wetenschap begon bij de Grieken: Plato en Aristoteles. Hoe vergaren we kennis?
Plato: kennis is volmaakt voor geboorte, maar wordt vergeten bij geboorte.
Aristoteles: kennis door ervaring (eerste empirist!). Dus kennis vergaren door ervaring.
Empirisme/associationisme:
Empirisme: alle kennis komt uit ervaring.
Associationisme: ideeën en herinneringen ontstaan door associaties.
Gedachte-experiment: bal kubus voorbeeld, eerst blind daarna kan je weer zien. Kan je, als je weer
kan zien, de bal en kubus herkennen door zicht (deze vormen heb je dus nog nooit eerder gezien)?
Dit blijkt niet te kunnen.
19e eeuw: introspectisme.
Uitvinden hoe menselijke geest werkt op basis van experimenten. Dat wil zeggen: hoe bewuste
denkprocessen werken. Wilhelm Wundt. Deze denkprocessen bestaan uit basis elementen en deze
kunnen met introspectie onderzocht worden. Getrainde observeerders vertellen over hun ervaringen
in experiment.
Methode kent vele gebreken:
- enkel getrainde personen (bv geen kinderen, personen met mentale stoornissen)
- geen mogelijkheid tot onderzoek met dieren
- introspectie heeft geen toegang tot alle cognitieve processen (bv onbewuste processen,
introspectie heeft ook geen toegang tot illusies)
- introspectie interfereert met cognitief proces.
- resultaten moeilijk repliceerbaar in andere labs
Methode wordt echter tegenwoordig nog gebruikt. Descriptive experience sampling (DES): op
willekeurige tijdstippen worden proefpersonen gevraagd om aan te geven waar ze aan denken (zie
box 1.3 voor een voorbeeld).
Begin 20e eeuw: behaviorisme.
Watson en Skinner. Je kan bewustzijn niet bestuderen. Je moet alleen bestuderen wat kan worden
geobserveerd. Alleen de functionele relatie tussen input en output is relevant. Geen theorievorming
over tussenliggende mentale processen.
Alleen mentale activiteit is te herleiden tot gedrag (denken = kleine bewegingen met tong en
strottenhoofd; geen mentale representaties).
Alle gedrag kan aangeleerd worden op basis van bekrachtiging (straffen en belonen).
Skinner: taal wordt geleerd door bekrachtiging van goed taalgebruik. Bv: kind zegt ‘papa’, krijgt
positieve feedback, kind gaat steeds beter ‘papa’ zeggen.
1
,20e eeuw: de cognitieve revolutie.
Noam Chomsky schrijft zeer kritische review over ‘verbal behavior’:
- kind krijgt te weinig stimuli (en beloningen) om taal te leren
- kinderen leren taal zonder expliciet leersignaal (te weinig bekrachtiging)
- taal is te complex. Mensen produceren en begrijpen zinnen die ze nog nooit hebben gehoord.
Latent leren: het einde van behaviorisme (experimenten van Tolman). Ratten werden in doolhof
geplaatst. Ratten die niet direct bekrachtiging kregen leren wel het doolhof. Dus mentale representatie
van het doolhof was latent aanwezig.
Verdere bezwaren tegen behaviorisme:
- human factors: als je enkel naar input en output kijkt, houd je geen rekening met andere
factoren die gedrag kunnen beïnvloeden. Reactie op input is afhankelijk van stress, motivatie,
vermoeidheid, emoties etc.
- imprinting: niet alle gedrag is aangeleerd.
Computer doet mentale taken van mens (schaken, medische diagnoses stellen, zinnen vertalen).
Verwerken van informatie door interne representaties te manipuleren. Assumptie: hersenen werken
als computers. MAAR: human factors.
Tegenwoordig: wisselwerking tussen AI en cognitieve (neuro)wetenschappen. Connectionisme
(artificiële neurale netwerken). Simuleren van cognitieve processen aan de hand van verschillende
laten kunstmatige ‘neuronen’ die verbonden zijn. Neurale netwerk leert een cognitief proces correct uit
te voeren door de sterkte van de verbindingen te wijzigen (bv door backpropagation).
H2: perceptie
Wat is perceptie
Onze eigen (subjectieve) sensorische ervaring van de wereld. Tussen sensatie (transformatie van
energie naar hersensignalen) en cognitie (gebruik van mentale representaties).
Perceptie is meer dan de zuivere registratie van de fysieke wereld. Niet altijd accuraat; geen exacte
representatie.
Visuele illusies.
Gestalt-wetten: perceptie volgt organisatorische wetten. Het geheel is groter dan de som van de
delen. Wet van geslotenheid: eenheden die deel lijken uit te maken van eenzelfde voorwerp, worden
gegroepeerd en vervolledigd. Bv plaatje waar je een driehoek in ziet.
Fundamentele concepten
Inverse probleem. Externe wereld is 3D, de projecties op de retina 2D. Verschillende (3D) vormen
kunnen hetzelfde (2D) beeld produceren. Reconstructie van 2D projectie naar 2D representatie?
Bottum-up en top-down.
- bottum-up: zuivere transformatie van sensorische input naar een percept (data-gedreven).
- top-down: de transformatie van sensorische input naar een perceptie wordt beïnvloed door
cognitieve factoren (bv voorkennis, verwachtingen).
Waarschijnlijkheisprincipe: de manier waarop een object gepercipieerd wordt, wordt bepaald doro wat
het meeste waarschijnlijke is gegeven onze voorkennis. Bv een bepaalde vorm kan zowel als een H
als een A worden gelezen, afhankelijk voor je voorkennis en de letters om de letter heen.
2
, Perceptie is een Bayesiaans proces (Bayesian decision theory): een percept wordt bepaald door:
- de likelihood (de onzekerheid)
- de prior (de kennis over het percept voorafgaand aan de waarneming)
- de beslissingsregel (interpretatie is afhankelijk van de taak)
Voorbeeld aantal katten tellen en zeggen.
Perceptuele systemen
Zelfstudie
Herkenning
Hoe herkennen wij objecten.
Theoretische benadering:
1. pandemonium model
Je hebt verschillende groepen van demonen. Beelddemonen → kenmerk demonen → cognitieve
demonen.
- beelddemonen → schreeuwen als ze licht zien (fotoreceptoren in de retina)
- kenmerkdemonen → schreeuwen als reactie op bepaalde beelddemonen
(kenmerkdetectoren in primaire visuele cortex)
- cognitieve demonen → schreeuwen als bepaalde kenmerkdemonen actief zijn.
- beslissingsdemon → lost probleem op door te reageren op de schreeuw van de cognitieve
demonen, waardoor de stimulus herkend wordt.
2. prototype theorie
Een object wordt bepaald aan de hand van de gelijkenis met het beste exemplaar van die categorie.
Wat is de afstand tussen het object en het prototype.
3. recognition by components
Viewpoint invariant features om 3D te herkennen uit 2D informatie. Creatie van
‘volumetrische primitieven’ op basis van deze features (geons). Mbv viewpoint
invariant features bouw je volumetrische primitieven.
Basisprincipe: alle objecten kunnen voorgesteld worden adhv een klein aantal
componenten, geometrische primitieven of ‘geons’, die op een bepaalde manier
geordend zijn.
Recognitions by components stelt dat objecten herkend worden obv geons die
geconstrueerd zijn obv viewpoint invariant features.
Is dit echt zo? Voorspelling: als we een viewpoint invariant feature verwijderen van
een object, dan zal herkenning moeilijker zijn.
Proefpersonen moeten een object herkennen. Een deel vh object ontbreekt: wel (at
vertex) of geen (at midsegment) viewpoint invariant feature. De proportie van de
verwijderde delen wordt gevarieerd. Object wordt 100, 200 of 750 ms gerepresenteerd.
Experimentele steun voor de theorie: objecten waarvan de structuur van de geons werd beschadigd,
werden trager herkend.
Kritiek op deze theorie:
- is het wel echt viewpoint-invariant? (voorbeeld plaatje van fles vanaf boven gezien)
- perceptie vermoedelijk niet enkel op basis van recognition by components.
- in combinatie met Image-based herkenning: objectherkenning door representatie van een
aantal beperkte views (of fragmenten die het meeste informatie bevatten) van een object.
3
