מדעים קוגניטיביים – הבדלי גרסאות

את העיסוק בקוגניציה ניתן למצוא עוד בכתבים של ה[[פילוסופיה יוונית|פילוסופים היווניים]] (לדוגמאלדוגמה, בדיאלוג [[מנון]] של [[אפלטון]]), ולאורך כל ההיסטוריה בכתביהם של [[רנה דקארט]], [[דייוויד יום]], [[עמנואל קאנט]], [[ברוך שפינוזה]], [[ניקולה מלבראנש|מלבראנש]], [[גוטפריד וילהלם לייבניץ|לייבניץ]] [[ג'ון לוק]] ורבים אחרים. כל אלו תרמו רבות לגילוי הפילוסופי של מושג ה[[נפש]], אך סט הכלים איתו עבדו היה שונה לחלוטין במהותו מסט הכלים שבשימוש המדענים הקוגניטיביים בימינו.

מבשר נוסף של המדעים הקוגניטיביים היה פיתוחה של תיאורייתתאוריית ה[[חישוביות]] וה[[מחשב|מחשב הדיגיטלי]] בשנות ה-40 ו[[שנות ה-50|ה-50]] של המאה ה-20. [[אלן טיורינג]] ו[[ג'ון פון נוימן]] היו האבות המייסדים בתחומים אלו. המחשב המודרני, או [[מכונת פון נוימן]], יהווה מעתה והלאה כלי עיקרי במדעי הקוגניציה, הן כמטאפורה או [[מודל]] לנפש, והן ככלי לפיתוח ומחקר.

בשנת [[1959]] פרסם [[נועם חומסקי]] סקירה על הספר 'התנהגות מילולית' (Verbal Behavior) של [[פרדריק סקינר]]. בזמנו, הפרדיגמה ה[[ביהביוריזם|ביהביוריסטית]] של סקינר שלטה בכיפת הפסיכולוגיה. רוב הפסיכולוגים התמקדו בקשרים הפונקציונליים בין הגירוי לבין התגובה, מבלי להניח ייצוגים פנימיים. חומסקי טען שבכדי להסביר שפה, אנו צריכים תיאוריהתאוריה כדוגמת ה[[דקדוק גנרטיבי|דקדוק הגנרטיבי]], שלא זו בלבד שמניחה ייצוגים פנימיים, אלא אף מאפיינת אותם.

בסופו של דבר, החוקרים הבינו כי גישת הבינה המלאכותית הסמלית הינה מוגבלת מדי ביכולותיה לתאר את מגוון היכולות הקוגניטיביות של המין האנושי, בצורה יעילה ושמישה. בשנות ה-80 המאוחרות וב[[שנות ה-90]] עלו לשיח המדעי פרדיגמות מחקריות כדוגמת [[רשת עצבית|רשתות נוירונים]] ו[[קונקציוניזם]] (Connectionism, חיבוריות) המיוחסות בעיקר לחוקרים [[ג'יימס מקללנד]] ו[[דייוויד רומלהרט]]. לפי גישה מחקרית זו, הקוגניציה יכולה להיות מתוארת כסט של חיבורים סבוכים, המהווים רשת רבת-רבדים. ביקורות לגישה זו טענו כי ישנן תופעות מסוימות המוסברות באופן טוב יותר ע"יעל ידי מודלים סימבוליים (השייכים לSymbolic AI), וכן שבמרבית המקרים מודלים קונקשניסטים שכאלה הינם כה מסובכים ומורכבים, עד כדי איבוד יכולתם ההסברית. לאחרונה שני המודלים - המודל הקונקשניסטי והמודל הסימבולי שולבו לכדי מודל אחד, שמאפשר לנצל את יתרונות שתי הגישות להסבר הבעיה.

עניין מרכזי בחקר המדעים הקוגניטיביים הינו שלא ניתן ללמוד באופן מלא על הקוגניציה ע"יעל ידי חקירה של רמה

אחת בלבד. דוגמאדוגמה פשוטה לכך ניתן למצוא בתהליך של שינון מספר טלפון, וההיזכרות בו לאחר מכן. בכדיכדי להבין את התהליך הזה, אפשרות אחת תהיה לחקור את התהליך בהתבוננות בלבד: הנבדק בניסוי יתבקש לשנן מספר טלפון, ולאחר זמן מה להיזכר בו, כאשר מידת הדיוק בביצועים נבדקת. אפשרות שנייה תהיה למדוד את ירי הנוירונים בעת נסיון הנבדק להיזכר במספר הטלפון. הבעיה היא שאף לא אחת מן השיטות הללו כשלעצמה תוכל להסביר את התהליך של זכירה והיזכרות במספר טלפון. אפילו אם הטכנולוגיה למיפוי של נוירונים בודדים בזמן אמת הייתה קיימת, והיינו יודעים היכן בדיוק הנוירון ירה, עדיין היה זה בלתי אפשרי להבין מכך כיצד ירי מסוים של נוירונים מיתרגם להתנהגות מסוימת. לכן, מה שצריך כאן הוא היכולת לשלב בין שתי הרמות המתייחסות אל אותה ההתנהגות/תהליך. יכולת זו מסופקת ע"יעל ידי חקר הרמה הפונקציונלית של התהליך. חקר אודות תופעה מסוימת ברמות שונות של ניתוח מביא לידי הבנה טובה יותר של התהליך המתרחש במוח שמביא לידי אותה התנהגות נצפית. [[דייוויד מאר|מאר]] נתן לכך תיאור מפורסם, של שלוש רמות הניתוח:

רבים מהמדענים הקוגניטיביים דוגלים בגישה ה[[פונקציונליזם|פונקציונליסטית]]. גישה זו גורסת כי מצבים נפשיים מאופיינים רק באופן בהם הם מאורגנים פונקציונלית, כלומר: מה שמשנה הוא המבנה הפונקציונלי, מערך הקשרים הסיבתיים, בין יחידות העיבוד השונות. המצבים הנפשיים אינם מוגדרים ע"יעל ידי המצב הפיזיקאלי שמממש אותם (לא ע"יעל ידי נוירון בודד, אלא ע"יעל ידי הקשרים ביניהם). במילים אחרות: כל מכונה המממשת את הפונקציה המתאימה נחשבת כחווה את אותו ה'מצב הנפשי', על אף שהמימושים יכולים להיות שונים עד מאוד. לפי גרסאות מסוימות של הפונקציונליזם, אפילו למערכות לא אנושיות, כמו מינים אחרים של בעלי חיים או מחשבים מתקדמים, בעקרון, יש מצבים נפשיים.

הפירוש הראשון לערך 'קוגניציה' ב[[המילון האנגלי של אוקספורד|מילון האנגלי של אוקספורד]] מתייגת באופן גס את המונח בתור משהו שקשור "לפעולה או לתהליך של ידיעה". הפירוש הראשון, משנת [[1586]] הצביע על כך שהשימוש הראשון במילה זו היה בהקשר של דיונים אודות תיאוריותתאוריות [[אפלטון|אפלטוניות]] על [[ידע]]. על כל פנים, הרוב המוחלט מסכים כי המדעים הקוגניטיביים אינם עוסקים בתחום כה מוצק וברור כמו הידע לפי אפלטון.

בינה מלאכותית (Atrificial Intelligence, AI) מעגנת בתוכה את חקר התופעות הקוגניטיביות במכונות. אחת המטרות המרכזיות בAI הינה לממש יכולות קוגניטיביות אנושיות במכונות. משתמשים גם במחשבים בכדיכדי לחקור תופעות קוגניטיביות. [[מודלים חישוביים]] נעזרים בסימולציות על מנת לחקור את המבנה של האינטליגנציה האנושית.

ישנו וויכוח בנוגע לשאלה האם הקוגניציה מאורגנת כמערך עצום של יחידות קטנות (נוירונים), או שהיא מורכבת ממבנים ברמה גבוהה יותר, כגון סמלים, סכמות, תוכניות וחוקים. הגישה הראשונה משתמשת ב[[קונקשיוניזם]] בכדיכדי לחקור את הקוגניציה, בעוד שהגישה השנייה משתמשת יותר בחישובים סימבוליים.

קשב הינו בחירה של מידע חשוב מתוך כלל הגירויים הסביבתיים שחושינו קולטים. בכל רגע נתון המוח האנושי מופצץ במיליוני גירויים מן הסביבה, ועל כן בכדיכדי להתנהל - חייבת להיות דרך להחליט את מה מבין שלל המידע הזה יש לעבד. לפעמים מדמים את הקשב לזרקור, במובן שניתן להפנות את הקשב (או: להאיר בזרקור) רק לכמות מוגבלת של מידע (או: אזור מוגבל). ניסויים שממצאיהם תומכים במטאפורת הזרקור הזו כוללים את ניסוי ה[[האזנה דיכוטית|האזנה הדיכוטית]] ([[1957]], Cherry) בו הנבדק שמע דברים שונים בכל אוזן, ומחקרים של [[עיוורון קשבי]] (Inattentional blindness, Mack&Rock, [[1998]]). במשימת ההאזנה הדיכוטומית מושמעים לנבדק בכל אוזן שני דברים שונים, ונאמר לו להקשיב רק לערוץ מידע אחד (אוזן ימין או לחלופין אוזן שמאל). בסוף הניסוי, הנבדק נשאל אודות הערוץ שלא היה קשוב. התוצאות הראו כי הנבדקים לא מסוגלים לדווח על מה שנאמר באוזן שלא הפנו אליה את הקשב.

היכולת ללמוד ולהבין שפה הינה תהליך מורכב ביותר. השפה נרכשת במהלך השנים הראשונות לחיים, וכל בני האדם בתנאי חיים נורמליים מסוגלים לרכוש שפה באופן מקצועי. המטרה העיקרית בתיאוריהבתאוריה הבלשנית היא לגלות את אותם היסודות המופשטים שיש לשפה בכדיכדי שתוכל להילמד באופן טבעי שכזה. כמה מן השאלות במחקר אודות האופן בה המוח מעבד את השפה כוללות: (1) עד לאיזו רמה ידע לשוני הינו מולד/נרכש? (2) מדוע למבוגרים קשה יותר ללמוד שפה שנייה מאשר ילדים הלומדים את שפתם הראשונה? ו-(3) כיצד אנשים מצליחים להבין משפטים חדשים, שלא שמעו מעולם קודם לכן?

חקר השפה במדעי הקוגניציה קרוב מאוד לזה שבענף הבלשנות. בעבר, בלשנות נלמדה כחלק מחקר האנושות, יחד עם [[היסטוריה]], [[אומנות]] ו[[ספרות]]. במהלך חמישים השנים האחרונות, יותר ויותר החלו לחקור את הידע ואת השימוש בשפה כתופעה קוגניטיבית, כאשר הבעיה המרכזית הייתה כיצד ידע של שפה יכול להירכש, וממה הוא בעצם מורכב. [[בלשנות|בלשנים]] גילו שעל אף שאנשים משתמשים בחוקים מורכבים ביותר על מנת להפיק שפה תקינה, הם אינם מודעים לחוקים הללו. לכן על הבלשנים לפנות לשיטות לא ישירות על מנת לגלות את אותם החוקים החלים על השפה, אם אותם חוקים אכן קיימים. על כל פנים, אם הדיבור אכן מבוקר ע"יעל ידי חוקים, נראה כי הם אינם מגיעים כלל למודעות שלנו.

למרות שברור כי הן גורמים גנטיים והן סביבתיים נחוצים לילד בכדיכדי להתפתח באופן נורמלי, ישנו עדיין וויכוח בנוגע ל''דרך'' בה מידע גנטי משפיע על ההתפתחות הקוגניטיבית. בתחום [[רכישת שפה|רכישת השפה]], למשל, חלקים (כמו [[סטיבן פינקר]]) טוענים כי מידע מסוים, שכולל חוקים דקדוקיים אוניברסליים, חייבים להיות מעוגנים בגנים, בעוד שאחרים (כמו ג'פרי אלמן ועמיתיו ב''Rethinking Innateness'') גורסים כי הטענות של פינקר אינן מציאותיות מבחינה ביולוגית. הם טוענים כי גנים קובעים את הארכיטקטורה של מערכת למידה, אך "עובדות" מסוימות על האופן בו הדקדוק עובד יכולות להילמד רק כתוצאה מניסיון.

מדענים קוגניטיביים חוקרים את הזיכרון ממש כשם שהפסיכולוגים חוקרים אותו, אך הראשונים מתמקדים יותר בקשרים בין הזיכרון ל[[הכרה|קוגניציה]], ובאיך שהזיכרון יכול להעלות תהליכים קוגניטיביים שונים. אחת הדוגמאות לכך היא השאלה המחקרית 'מהם התהליכים המנטליים שאותם עובר האדם בכדיכדי לשלוף זיכרון ישן שנשכח?' או, 'מה מבדיל בין התהליך הקוגניטיבי המופעל בעת זיהוי (recognition) דבר שנלמד בעבר (למשל, שואלים אותי האם ראיתי בעבר את המילה שמוצגת לפניי), לעומת היזכרות (למשל, אומרים לי לכתוב את כל המילים שראיתי ביום הקודם)?'.

שיטות רבות נהוגות במחקר הקוגניטיבי. הואיל ומדעי הקוגניציה הוא כה רב תחומי, גם המחקר כולל תחומים רבים, ומשלב שיטות מחקר מענפי ה[[פסיכולוגיה]], [[מדעי המוח]], ו[[תיאורייתתאוריית מערכות|תיאורייתתאוריית המערכות]].

על ידי מדידת התגובות ההתנהגותיות לגירויים שונים, ניתן להבין משהו אודות האופן בו הגירויים הללו מעובדים. לוונדווסקי וסטרומץ (Lewandowski and Strohmetz, 2009) סקרו אוסף של שימושים חדשניים במדידות התנהגותיות בפסיכולוגיה, ביניהם: עקבות התנהגותיות, תצפיות התנהגותיות, ובחירות התנהגותיות. עקבות התנהגותיות הן פיסות מידע המעידות על כך שהתרחשה התנהגות, בעוד שהמבצע של אותה ההתנהגות לא נוכח (לדוגמאלדוגמה, לכלוך במגרש חניה). תצפיות התנהגותיות מערבות צפייה ישירה במבצע הפעולה (למשל, התבוננות באדם - עד כמה קרוב הוא ישב על יד אדם אחר). בבחירות התנהגותיות מדובר במצב בו אדם בוחר בין שתיים או יותר אפשרויות (לדוגמאלדוגמה, הצבעה, בחירה של עונש עבור משתתף אחר).

* ''זמן תגובה.'' הזמן בין הצגת הגירוי ובין התגובה המתאימה יכול להצביע על הבדלים בין שני תהליכים קוגניטיביים, וכן להצביע על תכונות מסוימות של אופיים. לדוגמאלדוגמה, אם במשימת חיפוש זמני התגובה משתנים באופן פרופורציונלי למספר האלמנטים, אזי זו ראיה לכך שתהליך קוגניטיבי זה של חיפוש מערב תהליך של חיפוש סריאלי (טורי) ולא מקבילי.

* ''תגובות פסיכופיזיות.'' ניסויים פסיכופיזיים הינם שיטה פסיכולוגית ותיקה, שאומצה ע"יעל ידי הפסיכולוגיה הקוגניטיבית. ניסויים אלו לרוב כוללים שיפוטים של תכונות פיזיקליות כלשהן, למשל, מידת הקוליות (loudness) של צליל. קורלציות של קני מידה סובייקטיבים בין נבדקים שונים יכול להראות הטיות קוגניטיביות/חושיות, בהשוואה למדדים הפיזיים האמיתיים שנמדדו. דוגמאות מסוימות כוללות:

** שיפוטים זהים עבור צבעים, גווני קול (טונים), מרקמים, וכדו'וכדומה.

** שוני בספים עבור צבעים, גווני קול, מרקמים, וכדו'וכדומה.

* ''[[מעקב אחר תנועות עיניים]].'' שיטה זו נהוגה במחקר של מגוון תהליכים קוגניטיביים, בעיקר בחקר תפיסה חזותית ועיבוד לשוני. נקודת הפיקסציה (קבעון) של העיניים מקושר למיקוד אישי של הקשב. לכן, ע"יעל ידי ניטור תנועות עיניים, אנו יכולים ללמוד איזה מידע נמצא בעיבוד בזמן נתון. מעקב אחר תנועות עיניים מאפשר לנו לחקור תהליכים קוגניטיביים בטווחי זמן קצרים ביותר. תנועות עיניים משקפות החלטות 'אונליין' בזמן ביצוע משימה, ומספקות לנו מעט התבוננות פנימה אל האופן שבו ההחלטות האלו אולי מעובדות.

הדמיה מוחית כוללת ניתוח פעילות מוחית בזמן ביצוע משימות קוגניטיביות שונות. הדבר מאפשר לנו לקשר בין התנהגות לבין תפקוד מוחי, בכדיכדי להבין כיצד מידע מעובד במוחנו. סוגים שונים של שיטות הדמיה פותחו. השיטות שונות זו מזו ברזולוציה הטמפורלית (מימד הזמן) וברזולוציה המרחבית (מבוססת מיקום) שלהן. הדמיות מוחיות נמצאות בשימוש רחב בעיקר בתחום [[מדעי המוח הקוגניטיביים]].

*''[[טומוגרפיית פליטת פוטון בודד]] ו[[PET]].'' סריקות SPECT ו-PET משתמשות באיזוטופים רדיואקטיביים, שמוזרקים לתוך מחזור הדם של הנבדק, משם הם מגיעים אל המוח. ע"יעל ידי בדיקה באילו אזורים במוח האיזוטופים נקלטו יותר, ניתן להסיק לגבי האזורים המוחיים שפעילים יותר כרגע מאשר שאר אזורי המוח. לPET יש רזולוציה מרחבית דומה לזו של הfMRI, אך לעומת זאת הרזולוציה הטמפורלית שלו דלה מאוד. כמו כן, בסריקות הPET יש צורך להחדיר חומר רדיואקטיבי למוח הנבדק.

*''[[אלקטרואנצפלוגרם|EEG]].'' בשיטה זו נמדדים השדות החשמליים שנוצרים ע"יעל ידי ריכוזים גדולים של נוירונים בקורטקס. המדידה מתבצעת באמצעות אלקטרודות שמונחות על גולגולת הנבדק. לEEG רזולוציה טמפורלית גבוהה במיוחד, אך רזולוציה מרחבית די גרועה.

*''[[דימות אופטי]].'' שיטה זו משתמשת במשדרים ומקלטים של אינפרא-אדום על מנת למדוד את כמות האור המשתקפת ע"יעל ידי הדם ליד אזורים מוחיים שונים. הואיל ודם מחומצן ושאינו מחומצן מחזירים אור בכמויות שונות, ניתן ללמוד אילו אזורים פעילים יותר (אלו שיש בהם יותר דם מחומצן). לדימות אופטי יש רזולוציה טמפורלית סבירה, ורזולוציה מרחבית גרועה. לשיטה זו יש יתרון גדול - היא בטוחה ביותר, וניתן להשתמש בה כדי לחקור מוחות של ילדים קטנים.

שימוש ב[[מודל חישובי|מודלים חישוביים]] דורש ייצוג פורמלי מתמטי ולוגי של הבעיה. מודלים ממוחשבים נמצאים בשימוש בסימולציות ובאימות מחקרי של [[תכונה (פילוסופיה)|תכונות]] שונות של ה[[אינטליגנציה]]. מודלים חישוביים יכולים לעזור לנו להבין את הארגון הפונקציונלי של תופעה קוגניטיבית מסוימת. ישנן שתי גישות בסיסיות למידול קוגניטיבי. הראשונה מתמקדת בתפקודים מנטליים מופשטים של מוח אינטליגנטי, ומשתמשים בסמלים על מנת לבטא את הקשרים השונים. השניההשנייה, שפועלת על פי התכונות של הקישוריות הנוירונלית במוחנו, נקראת בשם סאב-סיבמולית.

מדעי הקוגניציה הצליחו לא מעט. בין ההישגים הבולטים, המדעים הקוגניטיביים עודדו את פיתוחם של מודלים של [[הטיה קוגניטיבית|הטיות קוגניטיביות]] ו[[תפיסת סיכונים]], והשפיעו רבות על פיתוחה של [[כלכלה התנהגותית|הכלכלה ההתנהגותית]], חלק מענף ה[[כלכלה]]. כמו כן, מדעי הקוגניציה קידמו תיאוריהתאוריה חדשה של ה[[פילוסופיה של המתמטיקה]], ותיאוריותותאוריות רבות בענפי ה[[בינה מלאכותית|בינה המלאכותית]], [[שכנוע|תורת השכנוע]] וה[[אילוץ]]. נוכחותם של מדעי הקוגניציה בולטת בעיקר ב[[פילוסופיה של הלשון]] וב[[תורת ההכרה|אפיסטמולוגיה]] - החייאה מודרנית של הרציונליזם, כמו גם הנחת יסודות חשובים ב[[בלשנות]] המודרנית. לתחומים השונים של מדעי הקוגניציה יש תרומה להבנה שלנו את המערכות התפקודיות השונות שבמוחנו (ואת המגבלות התפקודיות), החל מהפקת דיבור וכלה בעיבוד שמיעתי ובתפיסה חזותית. בעקבות חקר הקוגניציה חלה התקדמות בהבנה שלנו כיצד נזק לאזור מוחי מסוים משפיע על הקוגניציה, וכן זה עזר בלחשוף את הסיבות והתוצאות של מגבלות תפקודיות למיניהן, כדוגמת [[דיסלקציה]], [[אנופיה]] ו[[הזנחת צד]].

האנתרופולוגים [[דן ספרבר]], [[אדווין האטצ'ינס]], [[סקוט אטראן]] [[פסקל בויר]] ו[[ג'וזף הנריך]] היו מעורבים במיזמים שיתופיים עם פסיכולוגים קוגניטיביים וחברתיים, מדענים פוליטיים וביולוגים אבולוציונים, בנסיון לפתח תיאוריותתאוריות כלליות של יצירת תרבות, דת וקשרים פוליטיים.