מדעים קוגניטיביים

המדעים הקוגניטיביים (גם מדעי הקוגניציה, מדעי הקוגניציה והמוח או מדע ההכרה) עוסקים בחקר הקוגניציה, כלומר בחקר כל התהליכים המעורבים ברכישת ידע, עיבודו, ייצוגו ויישומו.

תיאור כללי

המחקר במדעים הקוגניטיביים עוסק בנושאים רבים, ביניהם תפיסה, חשיבה, למידה, שפה, כישורים מוטוריים, המוח והאינטליגנציה. אופי המחקר הוא רב-תחומי, כלומר משתמש בידע ובשיטות שמקורם בתחומים שונים. התחומים העיקריים התורמים ידע ושיטות למדעים הקוגניטיביים הם: פסיכולוגיה (בייחוד פסיכולוגיה קוגניטיבית ונוירופסיכולוגיה), בלשנות (מודרנית, להבדיל מהבלשנות המסורתית), ביולוגיה (בעיקר נוירוביולוגיה), מדעי המחשב (בעיקר אינטליגנציה מלאכותית – כאשר התחומים העיקריים הם חישוב סימבולי ורשתות עצביות), פילוסופיה (בעיקר פילוסופיה אנליטית) ומתמטיקה. דגש רב ניתן ליצירת מודלים מתמטיים וסימולציות ממוחשבות, פעמים רבות תוך השוואת ביצועי המודלים להתנהגות אנושית אמיתית, כפי שהיא מתבטאת במחקרים התנהגותיים, ושיפור המודלים בהתאם.

למדעים הקוגניטיביים הישגים רבים, ביניהם העלאת מודלים של הטיות קוגניטיביות אנושיות, ותפיסת סיכון, ההשפעה על חקר ההתנהגות הפיננסית, הנחקרת בכלכלה, וגם תרמו להתפתחותן של תאוריות בפילוסופיה של המתמטיקה, וכן בתחום של בינה מלאכותית ושכנוע.

המונח "קוגניטיבי"

המונח "קוגניטיבי" במדעים הקוגניטיביים, משמש לתיאור כל סוג של תהליך או מבנה מנטלי שניתן לחקור במונחים מדויקים. המשגה זו היא רחבה מאוד, ושונה מהשימוש במונח בתחום הפסיכולוגיה האנליטית, שם הוא מתייחס לחוקים פורמליים וסמנטיקה מותנית. עם זאת, השקפה זו דומה להשקפה היסטורית של המדעים הקוגניטיביים על טבעה של הקוגניציה – סמלית ולוגית.

מקור המילים "קוגניטיבי", "קוגניציה" הוא במילה הלטינית קוגנוסְקרה (cognoscere) שמשמעותה "לדעת, להכיר".

היסטוריה

העיסוק בקוגניציה מופיע כבר בכתביהם של הפילוסופים היווניים (לדוגמה, בדיאלוג מנון של אפלטון), ונמשך לאורך ההיסטוריה, בכתביהם של רנה דקארט, דייוויד יום, עמנואל קאנט, ברוך שפינוזה, מלבראנש, לייבניץ, ג'ון לוק ורבים אחרים. כל אלו תרמו רבות לגילוי הפילוסופי של מושג הנפש, אך סט הכלים איתו עבדו היה שונה לחלוטין במהותו מסט הכלים שבשימוש המדענים הקוגניטיביים בימינו.

בתקופה המודרנית החלה התפתחות מדעי הקוגניציה עם צמיחת ענף הקיברנטיקה בשנות ה-30 וה-40 של המאה ה-20. החוקרים בתחום זה, ובראשם וורן מק'אלוג ווולטר פיטס, ביקשו למצוא את העקרונות הבסיסיים העומדים מאחורי הנפש. הם אלו שפיתחו את הגרסאות הראשוניות ביותר של מה שמוכר היום בשם רשת עצבית מלאכותית – מודל חישובי שמבנהו דומה לזה של רשתות עצביות ביולוגיות.

מבשר נוסף של המדעים הקוגניטיביים היה פיתוחה של תאוריית החישוביות והמחשב הדיגיטלי בשנות ה-40 וה-50 של המאה ה-20. אלן טיורינג וג'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 הביהביוריסטית של סקינר שלטה בכיפת הפסיכולוגיה. רוב הפסיכולוגים התמקדו בקשרים הפונקציונליים בין הגירוי לבין התגובה, מבלי להניח ייצוגים פנימיים. חומסקי טען שכדי להסביר שפה, אנו צריכים תאוריה כדוגמת הדקדוק הגנרטיבי, שלא זו בלבד שמניחה ייצוגים פנימיים, אלא אף מאפיינת אותם.

בשנות ה-70 ותחילת ה-80, חוקרים רבים בתחום המדעים הקוגניטיביים בחנו את האפשרות של בינה מלאכותית. חוקרים כדוגמת מרווין מינסקי, כתבו תוכנות מחשב שונות בשפות מחשב כגון LISP, בניסיון לאפיין באופן רשמי את הצעדים שבני האדם עוברים במהלך תהליכים קוגניטיביים שונים, כגון קבלת החלטות ופתירת בעיות. כל זאת נעשה בתקווה לנסות להבין טוב יותר את החשיבה האנושית, וכן בניסיון ליצור 'מוחות מלאכותיים'. גישה זו ידועה בתור "בינה מלאכותית סמלית" (Symbolic AI).

בסופו של דבר, החוקרים הבינו כי גישת הבינה המלאכותית הסמלית מוגבלת מדי ביכולותיה לתאר את מגוון היכולות הקוגניטיביות של המין האנושי, בצורה יעילה ושמישה. בשנות ה-80 המאוחרות ובשנות ה-90 עלו לשיח המדעי פרדיגמות מחקריות כדוגמת רשתות נוירונים וקונקציוניזם (Connectionism, חיבוריות) המיוחסות בעיקר לחוקרים ג'יימס מקללנד ודייוויד 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 על ידי מודלים סימבוליים (השייכים ל-Symbolic AI), וכן שבמרבית המקרים מודלים קונקשניסטים שכאלה כה מסובכים ומורכבים, עד כדי איבוד יכולתם ההסברית. שני המודלים – המודל הקונקשניסטי והמודל הסימבולי שולבו לכדי מודל אחד, שמאפשר לנצל את יתרונות שתי הגישות להסבר הבעיה.

עקרונות

רמות הניתוח

עניין מרכזי בחקר המדעים הקוגניטיביים הוא שלא ניתן ללמוד באופן מלא על הקוגניציה על ידי חקירה של רמה אחת בלבד. דוגמה פשוטה לכך ניתן למצוא בתהליך של שינון מספר טלפון, וההיזכרות בו לאחר מכן. כדי 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 ניסיון 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 על 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. מאר נתן לכך תיאור מפורסם, של שלוש רמות הניתוח:

1. הרמה החישובית – בה מפורטים כל מטרות החישוב (אפיון היכולת).

2. הרמה האלגוריתמית – בה מובאים הייצוגים של הקלט והפלט, והאלגוריתם שמביא מן הקלט אל הפלט (האופן בה היכולת מושגת).

3. רמת המימוש בחומרה – האופן בו האלגוריתם ממומש.

רב תחומיות

המדעים הקוגניטיביים משלבים בתוכם ענפים מדעיים רבים, התורמים לפיתוח ולהבנה, כדוגמת: פסיכולוגיה, מדעי המוח, בלשנות, פילוסופיה, מדעי המחשב, אנתרופולוגיה, סוציולוגיה וביולוגיה. יש אף כאלו המטילים ספק בקיומו של מדע 'קוגניטיבי' אחיד, ומעדיפים להתייחס לתחום ברבים: מדעי הקוגניציה.

רבים מהמדענים הקוגניטיביים דוגלים בגישה הפונקציונליסטית. 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 על ידי המצב הפיזיקאלי שמממש אותם (לא על ידי נוירון בודד, אלא על 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.

מהי קוגניציה

המונח 'קוגניציה' "משמש לתיאור כל סוג של פעולה מנטלית או מבנה שניתן ללמידה במונחים מדויקים" (לייקוף ומארק ג'ונסון, 1999). המשגה זו רחבה מאוד, ואין לבלבלה עם האופן בו קבוצות מסוימות כגון הפילוסופים האנליטיים משתמשים במונח 'קוגניציה' (אצלם המונח מתייחס רק לחוקים פורמליים ותנאי אמת מסוימים).

הפירוש הראשון לערך 'קוגניציה' במילון האנגלי של אוקספורד מתייג 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 תאוריות אפלטוניות על ידע. על כל פנים, הרוב המוחלט מסכים כי המדעים הקוגניטיביים אינם עוסקים בתחום כה מוצק וברור כמו הידע לפי אפלטון.

טווח הקוגניציה

המדעים הקוגניטיביים הם שדה מחקרי גדול, המכסה נושאים רבים הקשורים לקוגניציה. ברם, לא כל נושא שקשור באופן כלשהו לפעולת הנפש ולאינטליגנציה נמצא תחת זכוכית המגדלת המחקרית. גורמים חברתיים ותרבותיים, רגש, מודעות, אינטליגנציה בבע"ח, כמו גם גישות השוואתיות ואבולוציוניות בפסיכולוגיה במרבית המקרים לא מקבלים את הבמה שלהם בשיח המחקרי בקוגניציה (לרוב הדבר נובע מוויכוחים פילוסופיים בנושא). נושא נוסף שמדעי הקוגניציה נוטים להימנע מלעסוק בו הוא קיומה של הקואליה, ורק אולי מזכירים אותו כעניין פילוסופי פתוח. למרות כל זאת, ישנם חברים בקהילת המדעים הקוגניטיביים שטוענים כי כל אלו הם נושאים חיוניים בשיח הקוגניטיבי, ומצביעים על החשיבות של חקירתם.

להלן מספר נושאים מרכזיים במדעי הקוגניציה. זוהי אינה רשימה מקיפה, אלא רשימה שנועדה להביא את מגוון ההתנהגויות והתופעות הקוגניטיביות הנחקרות.

בינה מלאכותית

ערך מורחב – בינה מלאכותית

בינה מלאכותית (Atrificial Intelligence, AI) מעגנת בתוכה את חקר התופעות הקוגניטיביות במכונות. אחת המטרות המרכזיות ב-AI היא לממש יכולות קוגניטיביות אנושיות במכונות. משתמשים גם במחשבים כדי 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 בקונקשניזם כדי לחקור את הקוגניציה, בעוד שהגישה השנייה משתמשת יותר בחישובים סימבוליים.

קשב

ערך מורחב – קשב

קשב הוא בחירה של מידע חשוב מתוך כלל הגירויים הסביבתיים שחושינו קולטים. בכל רגע נתון המוח האנושי מופצץ במיליוני גירויים מן הסביבה, ועל כן כדי 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 ההאזנה 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.

ידע ועיבוד של שפה

ערכים קשורים: שפה, בלשנות ופסיכובלשנות

היכולת ללמוד ולהבין שפה היא תהליך מורכב ביותר. השפה נרכשת במהלך השנים הראשונות לחיים, וכל בני האדם בתנאי חיים נורמליים מסוגלים לרכוש שפה באופן מקצועי. המטרה העיקרית בתאוריה הבלשנית היא לגלות את אותם היסודות המופשטים שיש לשפה כדי שתוכל להילמד באופן טבעי שכזה. כמה מן השאלות במחקר אודות האופן בה המוח מעבד את השפה כוללות: (1) עד לאיזו רמה ידע לשוני הוא 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?

המחקר על עיבוד השפה משתרע על פני תחומים שונים: החל מניתוח תבניות קוליות של דיבור, ועד לחקר משמעות המילים, ומשפטים שלמים. הבלשנות לרוב מחלקת את עיבוד השפה למחלקות: אורתוגרפיה, פונולוגיה, פונטיקה, מורפולוגיה, תחביר, סמנטיקה ופרגמטיקה. ניתן ללמוד רבות על היבטים שונים בשפה מהמחלקות הללו, ומן הקשרים שביניהן.

חקר השפה במדעי הקוגניציה קרוב מאוד לזה שבענף הבלשנות. בעבר, בלשנות נלמדה כחלק מחקר האנושות, יחד עם היסטוריה, אומנות וספרות. 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. 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 על ידי חוקים, נראה כי הם אינם מגיעים כלל למודעות שלנו.

למידה והתפתחות מנטלית

ערכים קשורים: למידה ופסיכולוגיה התפתחותית

למידה והתפתחות הם תהליכים בהם אנו רוכשים ידע ומידע עם הזמן. תינוקות נולדים עם מעט ידע או ללא ידע בכלל (תלוי כיצד מגדירים 'ידע'), ועם זאת מהר מאוד הם רוכשים את היכולת להשתמש בידע, ללכת, ולזהות אנשים ואובייקטים. המטרה במחקרים על ידע והתפתחות היא להסביר את המנגנונים שמאחורי התהליכים הללו.

שאלה גדולה במדעי הקוגניציה היא האם יכולות מסוימות הן מולדות או נרכשות. וויכוח זה נקרא לרוב בשם מולדות מול למידה (Nature versus nurture). הגישה הנייטיביסטית טוענת כי תכונות מסוימות הן מולדות באורגניזם, והן נקבעות על ידי המרכיבים הגנטיים שלו. הגישה האמפיריציסטית לעומת זאת, טוענת כי אותן תכונות מסוימות נקבעות ונלמדות מהסביבה. על אף שברור כי הן גורמים גנטיים והן סביבתיים נחוצים לילד כדי להתפתח באופן נורמלי, ישנו עדיין וויכוח בנוגע לדרך בה מידע גנטי משפיע על ההתפתחות הקוגניטיבית. בתחום 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 בRethinking 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.

זיכרון

ערך מורחב – זיכרון

הזיכרון מאפשר לנו לאחסן מידע לשם שליפה עתידית. לרוב מתייחסים לזיכרון כבעל יכולות אחסון לטווח קצר ולטווח ארוך. זיכרון לטווח ארוך מאפשר לנו לשמור מידע לתקופות ארוכות (ימים, שבועות, שנים). טרם ידוע לנו על מגבלות הקיבולת של הזיכרון לטווח הארוך. הזיכרון לטווח הקצר, מאפשר לנו לשמור על המידע לזמן קצר (סדר גודל של שניות או דקות).

כמו כן, ישנה חלוקה מקובלת לזיכרון דקלרטיבי ולזיכרון פרוצדורלי. זיכרון דקלרטיבי מתחלק לזיכרון סמנטי ולזיכרון אפיזודי, ומתייחס לזיכרון שלנו לעובדות ולידע ספציפי, משמעויות מסוימות, וחוויות מסוימות (למשל: 'מי היה ראש הממשלה הראשון?', או 'מה אכלתי אתמול לארוחת בוקר?'). זיכרון פרוצדורלי מתייחס ללמידה של מיומנויות מוטוריות שונות (למשל, לרכוב על אופניים) ומיומנויות קוגניטיביות (למשל, לקרוא). זיכרון זה מכונה לרוב בשם זיכרון אימפליציטי.

מדענים קוגניטיביים חוקרים את הזיכרון ממש כשם שהפסיכולוגים חוקרים אותו, אך הראשונים מתמקדים יותר בקשרים בין הזיכרון לקוגניציה, ובאיך שהזיכרון יכול להעלות תהליכים קוגניטיביים שונים. אחת הדוגמאות לכך היא השאלה המחקרית 'מהם התהליכים המנטליים שאותם עובר האדם כדי 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)?'.

תפיסה ופעולה

ערך מורחב – תפיסה

תפיסה היא היכולת לקלוט מידע דרך החושים, ולעבד אותו באופן מסוים. ראיה ושמיעה הם שני חושים עיקריים המאפשרים לנו לחוות את הסביבה שלנו. כמה שאלות בתפיסה הראייתית, למשל, כוללות: (1) כיצד אנו מסוגלים לזהות אובייקטים? (2) איך (ומדוע) החוויה הוויזואלית שלנו של הסביבה רציפה, על אף שבכל פעם אנו קולטים רק חלקים קטנים שלה? כלי אחד במחקר התפיסה הראייתית הוא התבוננות באופן בו אנשים מעבדים אשליות אופטיות. אחת הדוגמאות הנפוצות לכך היא קוביית נקר, שניתן לתפוס אותה בשני אופנים שונים.

המחקר של חוש המישוש, חוש הריח וחוש הטעם גם הם נופלים תחת הקטגוריה של 'תפיסה'.

המונח 'פעולה' מתייחס לפלט של המערכת. בבני האדם – הדבר מתבטא בפעולות מוטוריות. תכנון מרחבי ותנועה, הפקת דיבור ותנועות מוטוריות מורכבות הן כולן היבטים של פעולה.

שיטות מחקר

שיטות רבות נהוגות במחקר הקוגניטיבי. הואיל ומדעי הקוגניציה הוא כה רב תחומי, גם המחקר כולל תחומים רבים, ומשלב שיטות מחקר מענפי הפסיכולוגיה, מדעי המוח, ותאוריית המערכות.

ניסויים התנהגותיים

כדי לקבל תמונה טובה של מה מרכיב את ההתנהגות האינטליגנטית, יש לחקור תחילה את ההתנהגות עצמה. תחום זה של מחקר הוא בעל קשר הדוק לזה שבפסיכולוגיה הקוגניטיבית ובפסיכופיזיקה. 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 (לדוגמה, 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 (לדוגמה, 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. לדוגמה, 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 הם שיטה פסיכולוגית ותיקה, שאומצה על 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, גוני קול (טונים), מרקמים, וכדומה.
  • שוני בספים עבור צבעים, גוני קול, מרקמים, 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, על 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.

דימות מוחי

ערך מורחב – דימות מוחי

הדמיה מוחית כוללת ניתוח פעילות מוחית בזמן ביצוע משימות קוגניטיביות שונות. הדבר מאפשר לנו לקשר בין התנהגות לבין תפקוד מוחי, כדי 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. על ידי בדיקה באילו אזורים במוח האיזוטופים נקלטו יותר, ניתן להסיק לגבי האזורים המוחיים שפעילים יותר כרגע מאשר שאר אזורי המוח. ל-PET יש רזולוציה מרחבית דומה לזו של ה-fMRI, אך לעומת זאת הרזולוציה הטמפורלית שלו דלה מאוד. כמו כן, בסריקות ה-PET יש צורך להחדיר חומר רדיואקטיבי למוח הנבדק.
• EEG. בשיטה זו נמדדים השדות החשמליים שנוצרים על ידי ריכוזים גדולים של נוירונים בקורטקס. המדידה מתבצעת באמצעות אלקטרודות שמונחות על גולגולת הנבדק. ל-EEG רזולוציה טמפורלית גבוהה במיוחד, אך רזולוציה מרחבית די גרועה.
• דימות תהודה מגנטית תפקודי. fMRI מודד את הכמות היחסית של דם מחומצן הזורם לחלקים שונים במוח. ההנחה שעליה מתבססת שיטה זו היא שדם מחומצן באזור מסוים במוח מצביע על עליה בפעילות העצבית שבאזור זה. הדבר מאפשר לנו למקם תפקודים מסוימים באזורים מוחיים שונים. ל-fMRI רזולוציה מרחבית וטמפורלית סבירה.
• דימות אופטי. שיטה זו משתמשת במשדרים ומקלטים של אינפרא-אדום על מנת למדוד את כמות האור המשתקפת על 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.
• MEG. בשיטה זו נמדדים השדות המגנטיים שנוצרים מפעילות קורטיקלית. הדבר דומה ל-EEG, פרט לכך של-MEG רזולוציה מרחבית טובה יותר, מכיוון שהרעש במדידת השדות המגנטיים קטן הרבה יותר מאשר הרעש המתקבל ממדידת הפעילות החשמלית ב-EEG. משתמשים בחיישני SQUID על מנת לנטר שדות מגנטיים זעירים.

מודלים חישוביים

שימוש במודלים חישוביים דורש ייצוג פורמלי מתמטי ולוגי של הבעיה. מודלים ממוחשבים נמצאים בשימוש בסימולציות ובאימות מחקרי של תכונות שונות של האינטליגנציה. 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. השנייה, שפועלת על פי התכונות של הקישוריות הנוירונלית במוחנו, נקראת סאב-סימבולית.

שיטות נוירוביולוגיות

שיטות מחקר הלקוחות היישר ממדעי המוח ומהנוירופסיכולוגיה גם כן יכולות לעזור לשפוך אור על היבטיה השונים של הקוגניציה. שיטות אלו מאפשרות לנו להבין כיצד התנהגות אינטליגנטית מיושמת במערכת פיזיקלית:

• רישום מתא בודד (Single Cell Recording).
• גירוי מוחי ישיר (Direct brain stimulation).
• מודלים מבעלי חיים (Animal models).
• מחקרים שלאחר המוות (Postmortem studies).

ממצאים עיקריים

מדעי הקוגניציה הצליחו לא מעט. בין ההישגים הבולטים, המדעים הקוגניטיביים עודדו את פיתוחם של מודלים של הטיות קוגניטיביות ותפיסת סיכונים, והשפיעו רבות על פיתוחה של הכלכלה ההתנהגותית, חלק מענף הכלכלה. כמו כן, מדעי הקוגניציה קידמו תאוריה חדשה של הפילוסופיה של המתמטיקה, ותאוריות רבות בענפי הבינה המלאכותית, תורת השכנוע והאילוץ. נוכחותם של מדעי הקוגניציה בולטת בעיקר בפילוסופיה של הלשון ובאפיסטמולוגיה – החייאה מודרנית של הרציונליזם, כמו גם הנחת יסודות חשובים בבלשנות 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 בחשיפת הסיבות והתוצאות של מגבלות תפקודיות למיניהן, כדוגמת דיסלקסיה, אנופיה והזנחת צד.

ביקורת

עלייתם של מדעי הקוגניציה קשורה לתהליך המכונה המהפכה הקוגניטיבית שהחל בשנות ה-50 של המאה ה-20. במסגרת תהליך זה, השפיעו תהליכים ממדעים רבים על האופן שבו נחקרת הקוגניציה האנושית. בין התהליכים שהשפיעו על המהפכה הקוגניטיבית ניתן למנות את עליית הבינה המלאכותית במדעי המחשב, הבלשנות המודרנית בתחום הבלשנות, המודלים החישוביים והמתמטיים ברבים ממדעי הטבע, הפסיכולוגיה הקוגניטיבית בפסיכולוגיה, מדעי המוח בביולוגיה, הפונקציונליזם בפילוסופיה ועוד. כל אחד מתהליכים אלה לא התרחש ללא ביקורת. בשל יסודם של מדעי הקוגניציה בתהליכים אלה, רבות מהביקורות שהושמעו כנגד אותם התהליכים מהוות למעשה גם ביקורות כנגד מדעי הקוגניציה עצמם, והוגים שביקרו את אותם התהליכים ביקרו, בחלקם, גם את מדעי הקוגניציה. בין מבקרים אלה נמנה גם פרדריק סקינר ונציגים אחרים של זרם הביהייביוריזם בפסיכולוגיה.

חוקרים מרכזיים

כמה מן השמות היותר מוכרים במדעי הקוגניציה הם לרוב השנויים ביותר במחלוקת, או המצוטטים ביותר. בענף הפילוסופיה נמנים דניאל דנט, שכותב מנקודת מבט של מערכות חישוביות; ג'ון סרל הידוע בשל הניסוי המחשבתי שלו – החדר הסיני השנוי במחלוקת; ג'רי פודור חסיד הפונקציונליזם והמטריאליזם הלא-רדוקטיבי, ודאגלס הופשטטר שמפורסם בזכות כתיבת ספרו גדל, אשר, באך, שעוסק בשאלות אודות הטבע של המילים ושל המחשבה. בתחום הבלשנות השפיעו רבות נועם חומסקי וג'ורג' לייקוף. בתחום הבינה המלאכותית מובילים מרווין מינסקי, הרברט סיימון, אלן ניוול וקווין ווריק. בממלכת הפסיכולוגיה השמות הפופולריים כוללים את ג'יימס מקללנד וסטיבן פינקר. האנתרופולוגים דן ספרבר, אדווין האטצ'ינס, סקוט אטראן פסקל בויר וג'וזף הנריך היו מעורבים במיזמים שיתופיים עם פסיכולוגים קוגניטיביים וחברתיים, מדענים פוליטיים וביולוגים אבולוציוניים, בניסיון לפתח תאוריות כלליות של יצירת תרבות, דת וקשרים פוליטיים.

ראו גם

• בלשנות
• הטיה קוגניטיבית
• פילוסופיה של הנפש
• חשיבה
• כלכלה התנהגותית
• מדעי המוח
• נוירופסיכולוגיה
• פסיכובלשנות
• פסיכולוגיה
• פסיכולוגיה חינוכית
• פסיכולוגיה קוגניטיבית
• רשת עצבית
• קלינאי תקשורת
• תורת ההחלטות

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא מדעים קוגניטיביים בוויקישיתוף

• מדעים קוגניטיביים, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
• מדע קוגניטיבי, דף שער בספרייה הלאומית