Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR
description
Transcript of Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR
![Page 1: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/1.jpg)
Marcin Miłkowski
![Page 2: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/2.jpg)
O czym będzie mowa
Komórki babcine i widzenie Trzy poziomy jeszcze raz Widzenie w analizie odgórnej
![Page 3: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/3.jpg)
Jak widzi mózg?
Oko to nie kamera, która rzuca obraz na ekran w mózgu.
Musiałby istnieć w mózgu widz, w którego mózgu byłby ekran, na który patrzyłby kolejny widz...
![Page 4: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/4.jpg)
Komórki babcine
Lata 50-60: odkrycie komórek reagujących na konkretny rodzaj bodźca
Jerzy Konorski (1967): hipoteza istnienia jednostek gnostycznych w mózgu rozpoznających określony rodzaj bodźca
Jerry Lettvin (1969): komórki babcine
![Page 5: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/5.jpg)
Jak widzą ropuchy?
W 1959 r. zespół Lettvina odkrył w układzie nerwowym ropuch komórki reagujące na czarne ruchome obiekty w polu widzenia: „Detektory robaków”
![Page 6: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/6.jpg)
Hubel i Wiesel (1959)
David H. Hubel (1926-2013); Torsten Wiesel (1924)
Odkryli, że odpowiednie komórki w mózgu kota reagują na bodźce o określonej orientacji: złożone obrazy powstają z prostych elementów rozpoznawanych przez detektory cech (ale detektor cechy prostej to nie komórka babcina!)
Potem dostali Nobla za pracę nad kolumnami wzrokowymi.
![Page 7: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/7.jpg)
Horace Barlow (ur. 1921): teoretyk detektorów cech Aby całkowicie zrozumieć widzenie, wystarczy zrozumieć pojedyncze komórki rozpoznające cechy.
Pierwszy pracował nad detektorami u żab (1953).
![Page 8: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/8.jpg)
Zespoły komórkowe
Teoria konkurencyjna: reprezentacje neuronalne rozproszone w układzie nerwowym
Dopiero cały zespół komórek koduje cechy.
U ssaków prawdopodobnie dominują reprezentacje rozproszone; u prostych organizmów teoria Konorskiego może być wystarczająca!
![Page 9: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/9.jpg)
Marr kontra Barlow
Widzenia nie da się zrozumieć na podstawie pojedynczych neuronów.
To tak jakby chcieć zrozumieć latanie, oglądając pojedyncze pióra!
Aleksander Łuria w ZSRR głosił podobną teorię: należy zrozumieć całe systemy funkcjonalne w mózgu, a nie wąsko lokalizować funkcje w pojedynczych obszarach.
![Page 10: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/10.jpg)
Poziomy Marra
Trzy poziomy Marra
Poziom kompetencji
![Page 11: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/11.jpg)
Mnożenie na maszynie Turinga Funkcja obliczeniowaMnożenie
Algorytm Tabela maszyny Turinga
Implementacja Konstrukcja maszyny Turinga (fizyczna)
![Page 12: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/12.jpg)
Analiza zadania
Należy wskazać: problem z zakresu przetwarzania informacji i
ogólne ograniczenia rozwiązania problemu.
![Page 13: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/13.jpg)
Analiza zadania
Poziom obliczeniowy: Czemu służy widzenie?
Odwzorowaniu dwuwymiarowej informacji z siatkówki w trójwymiarową informację o otoczeniu.
![Page 14: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/14.jpg)
Analiza zadania
Zadaniem systemu wzrokowego jest dostarczanie 3W reprezentacji otoczenia, która może posłużyć jako wejście dla procesów rozpoznawania i klasyfikacji – głównie informacje o kształcie obiektów i ich rozmieszczeniu w przestrzeni
Reprezentacja 3W nie jest egocentryczna, lecz przedmiotowa
![Page 15: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/15.jpg)
Świadectwa empiryczne Możliwość podwójnych dysocjacji między postrzeganiem a rozpoznawaniem Lezje prawego płata ciemieniowego – rozpoznawanie zachowane, ale problemy z postrzeganiem kształtów z niezwykłych perspektyw
Lezje lewego płata ciemieniowego – zachowane postrzeganie kształtu, ale zaburzone rozpoznawanie obiektów
Marr: system wzrokowy to wejście systemu rozpoznawania
![Page 16: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/16.jpg)
Podwójna dysocjacja
Uszkodzenie pewnego miejsca mózgu zaburza daną funkcję, ale inną pozostawia w stanie prawidłowym, a zarazem inne uszkodzenie mózgu zaburza tę inną funkcję poznawczą, tę pierwszą zaś pozostawia w stanie prawidłowym.
![Page 17: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/17.jpg)
Racje teoretyczne
Zdolności rozpoznawania nie zależą od zmian wyglądu związanych z:
orientacją przedmiotu, odległością od obserwatora, częściowym zasłonięciem przez inne przedmioty.
Zatem system wzrokowy dostarcza informacje do systemów rozpoznawania, które abstrahują od własności perspektywy – reprezentacja niezależna od obserwatora
![Page 18: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/18.jpg)
Analiza algorytmiczna
Wejście = światło docierające do siatkówki
Wyjście = trójwymiarowa reprezentacja otoczenia
Pytania: Jakiego rodzaju informacje wydobywa się ze światła na siatkówce?
Jak system przechodzi od tych informacji do 3W reprezentacji otoczenia?
![Page 19: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/19.jpg)
Wyzwanie
Konieczność znalezienia elementarnych reprezentacji, które pozwolą wnioskować o strukturze otoczenia ze struktury obrazu.
![Page 20: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/20.jpg)
Elementarne reprezentacje
Podstawowe informacje na siatkówce = wielkość natężenia światła w każdym punkcie obrazu na siatkówce
zmiany w natężeniu to wskazówki ułatwiające wykrycie granic powierzchni
Elementarne reprezentacje pozwalają na wykrycie struktury we wzorcach zmian natężenia
np. przejścia przez zero (nagłe zmiany natężenia)
![Page 21: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/21.jpg)
Przejścia przez zero
• Jeśli zmiany natężenia umieścimy na wykresie, nieciągłości będą widoczne jako przejścia krzywej przez linię zerową
• Marr zaproponował laplasjan filtru Gaussa do wykrywania przejść przez zero
![Page 22: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/22.jpg)
Szkic pierwotny
wskazuje zmiany natężenia w obrazie 2W
podstawowe informacje o geometrycznej organizacji zmian natężenia
Elementarne reprezentacje: przejścia przez zero, linie wirtualne, grupy.
Obraz
Surowy szkic
pierwotny
Elementy poziomu 1
Granice poziomu
2
![Page 23: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/23.jpg)
Subiektywne nieciągłości
Czy te kształty naprawdę widać?
![Page 24: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/24.jpg)
Szkic 2 ½ W Pokazuje orientację widocznych powierzchni we współrzędnych egocentrycznych
Reprezentuje odległość każdego punktu w polu widzenia od obserwatora
Także orientację każdego punktu i kontury nieciągłości
Bardzo podstawowe informacje o głębi
Zauważmy: tu jeszcze nie ma przedmiotów!
![Page 25: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/25.jpg)
Szkic 3W określa kształty i ich organizację przestrzenną
przedmiotowy podstawowe elementy objętościowe i powierzchniowe (ułatwia rozpoznawanie)
![Page 26: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/26.jpg)
Reprezentacja w szkicu 3W
Zależy od rozpoznawalności kształtów jako zespołów uogólnionych stożków.
Uogólnione stożki łatwo reprezentować wektor opisu ścieżkę osi symetrii figur,
wektor określający odległość prostopadłą od każdego punktu na osi na powierzchni kształtu.
Ale okazuje się, że tak naprawdę jest to zadanie obliczeniowo zbyt trudne dla mózgu (Rolls, 2008).
![Page 27: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/27.jpg)
Ścieżka przetwarzania wg Marra Etapy w potoku:
Obraz natężeń światła
Szkic pierwotny
Wybór modelu
Szkic 2½ wym.
![Page 28: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/28.jpg)
Wyjaśnianie odgórne
Wyjaśnianie jest odgórne z powodu niezdeterminowania
Wiele różnych algorytmów może w zasadzie obliczyć to samo.
Jest wiele sposobów realizacji tego samego algorytmu.
Wieloraka realizowalność więcej informacji na wyższym poziomie
Marr podaje stosunkowo mało szczegółów neuronalnych (ale w owym czasie bardzo trudno je potwierdzać!)
![Page 29: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/29.jpg)
Przetwarzanie nieświadome
Marr nie analizuje zawartości bufora uwagi. Tu nie ma miejsca na raporty werbalne i na eye tracker, jak u Simona i Newella. Simona i Newella lekceważy i krytykuje, uważając, że rozwiązywanie problemów jest na zbyt wysokim poziomie abstrakcji, aby je wyjaśnić.
To procesy niedostępne świadomości. Reprezentacje 2½ W nie są nam dostępne!
![Page 30: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/30.jpg)
Przetwarzanie sekwencyjne
Model sekwencyjny: kolejne etapy przetwarzania, od percepcji do reprezentacji przedmiotów
Przekonania nie modyfikują samego wczesnego widzenia (co najwyżej procesy rozpoznawania)
![Page 31: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/31.jpg)
Główne idee Marra
1) Bardzo wpływowa metodologia trzech poziomów
2) Klasyczna analiza odgórna
3) Większość szczegółów na poziomie algorytmicznym
4) Neurobiologia pojawia się dopiero na poziomie implementacji
![Page 32: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/32.jpg)
Wczesne widzenie i neuronauki obliczeniowe Dzisiejsze metody łączą zdecydowanie więcej świadectw empirycznych, a modele mają być testowane np. przy użyciu obrazowania.
Neuropsychologia, lezje i podwójne dysocjacje bardzo ważne.
![Page 33: Wstęp do kognitywistyki OBLICZENIA INSPIROWANE NEUROLOGICzNIE . MARR](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062322/5681472e550346895db46a5c/html5/thumbnails/33.jpg)
Za tydzień: będzie zastępstwo. Jakub Kozakoszczak opowie Państwu o sieciach neuronowych i uczeniu się czasowników.