Методи досліджень штучного інтелекту в когнітивній науці

Існує безліч різних методик для вивчення когнітивної науки. Оскільки наука є міждисциплінарною, дослідження часто перетинаються в кількох областях, спираючись на методи дослідження психології, неврології, інформатики та теорії систем.

Поведінкові експерименти

Для того щоб отримати опис того, що є розумною поведінкою, необхідно вивчити поведінку саму по собі. Цей тип дослідження тісно пов'язаний з когнітивною психологією та психофізіологією. Вимірюючи поведінкові реакції на різні стимули, можна зрозуміти те, як ці стимули будуть оброблені. Левандовскі та Строметц (2009) розглянули колекцію інноваційних застосувань поведінкових вимірювань у психології, включаючи поведінкові сліди, поведінкові спостереження та поведінковий вибір.^[11] Поведінкові сліди вказують на поведінку, що сталась, але актор не присутній (наприклад, сміття в кошику або покази електричного лічильника). Поведінкові спостереження пов'язані з прямими свідками актора, що бере участь у поведінці (наприклад, спостерігаючи, як близька людина знаходиться поруч з іншою людиною). Поведінкові варіанти присутні, коли людина обирає між двома або більше варіантами (наприклад, поведінка голосування).

• Час реакції. Час між поданням стимулу і відповідною реакцією може вказувати на відмінності між двома когнітивними процесами, а також на природу деяких речей. Наприклад, якщо в завданні пошуку час реакції змінюється пропорційно з числом елементів, то очевидно, що цей когнітивний процес пошуку включає в себе послідовну, а не паралельну обробку.

• Психофізіологічні відповіді. Психофізіологічні експерименти — це старий психологічний прийом, перейнятий з когнітивної психології. Співвідношення суб'єктивних масштабів між людьми може показати пізнавальні або сенсорні упередження в порівнянні з реальними фізичними вимірами. Ось кілька прикладів:
  • Однакові рішення для кольорів, тонів, текстури і т. д.
  • Поріг відмінності кольорів, тонів, текстури і т. д.

• Ай-трекінг. Ця методика використовується для вивчення різних пізнавальних процесів, перш за все зорового сприйняття та обробки мови. Фіксація точки очей пов'язана з фокусом уваги людини. Таким чином, за допомогою моніторингу руху очей ми можемо вивчати те, яка інформація обробляється в даний момент часу. Ай-трекінг дозволяє вивчати пізнавальні процеси в дуже короткочасових масштабах. Рухи очей відображають прийняття рішень і дають нам певне уявлення про те, яким чином ці рішення можуть бути оброблені.

Нейровізуалізація

Нейровізуалізація включає в себе аналіз діяльності мозку при виконанні різних когнітивних завдань. Це дозволяє пов'язати поведінку та функції мозку, щоб допомогти зрозуміти, як саме обробляється інформація. Зображення мозку часто використовується в когнітивній нейронауці.

• Однофотонна емісійна комп'ютерна томографія і позитрон-емісійна томографія. ОФЕКТ і ПЕТ використовують радіоактивні ізотопи, які вводяться в кров суб'єкта і потрапляють до мозку. Спостерігаючи, які області мозку займає радіоактивний ізотоп, ми можемо побачити, які ділянки мозку активніші в порівнянні з іншими.

• Електроенцефалографія. ЕЕГ вимірює електричні поля, що генеруються великими популяціями нейронів в корі головного мозку, шляхом розташування ряду електродів на голові суб'єкта.

• Функціональна магнітно-резонансна томографія^[en]. МРТ вимірює відносну кількість кисню у крові, що тече в різних частинах мозку. Більша кількість кисню в крові в конкретному регіоні корелює із збільшенням нейронної активності в цій частині головного мозку. Це дозволяє локалізувати певні функції в різних областях мозку.

• Дифузійна оптична візуалізація^[en]. Ця техніка використовує інфрачервоні передавачі і приймачі для вимірювання кількості світла, що відбивається або поглинається кров'ю у різних областях головного мозку. Венозна кров та кров, насичена киснем, відбиває або поглинає різну кількість світла, тому ми можемо вивчити, які області є активнішими (тобто ті, які мають вищий рівень кисню в крові). Цей метод є дуже безпечним і може бути використаний для вивчення мозку немовлят.

• Магнітоенцефалографія^[en]. МЕГ вимірює магнітні поля в результаті активності кори головного мозку. МЕГ використовує SQUID для виявлення крихітних магнітних полів.

Моделювання

Імітаційне моделювання вимагає математичного та логічного формального представлення проблеми. Моделювання може допомогти нам зрозуміти функціональну організацію конкретного когнітивного явища. Є два основні підходи до когнітивного моделювання. Перший орієнтований на абстрактні психічні функції розуму і працює за допомогою символів, а другий орієнтований на нервові та асоціативні властивості людського мозку, і називається підсимволічним.

• Символічне моделювання розвинулось з парадигм інформатики з використанням технологій, основаних на Knowledge-based systems, а також філософської точки зору. Воно було розроблене першими дослідниками-когнітивістами і згодом використовувалось для експертних систем. З початку 1990-х років символічне моделювання було узагальнене для дослідження людини як моделі інтелекту. Останнім часом, особливо в контексті когнітивного процесу прийняття рішень, символічне когнітивне моделювання поширюється на соціально-когнітивний підхід.
• Підсимволічне моделювання включає в себе моделі нейронної мережі. Конективізм ґрунтується на ідеї про те, що розум/мозок складається з простих вузлів, а потужність системи йде в першу чергу від наявності та способу зв'язку між простими вузлами. Нейронні мережі є «підручником» реалізації цього підходу. Деякі критики підходу вважають, що в той час як ці моделі дають уявлення про те, як працює система, вони не мають сили, тому що пояснення роботи складних систем зв'язку навіть з простими правилами є надзвичайно складним.

Всі ці підходи мають тенденцію бути узагальненими у вигляді інтегрованих обчислювальних моделей синтетичного/абстрактного інтелекту для того, щоб бути застосованими до пояснення і вдосконалення індивідуального та соціального прийняття рішень та психології міркувань.