Onderzoeksproces naar mentale processen 

H1: Introduction to cognitive psychology

Wat is cognitieve psychologie (functieleer): de studie van fundamentele cognitieve processen

• Waarneming (zien, horen, voelen, ruiken)
• Aandacht
• Geheugen
• Denken en beslissen
• Taal
• Motoriek
• Emotie 

Frenologie: bepaalde hersengebieden voor bepaalde vaardigheden --> ergens goed in zijn = bult/knobbel op de schedel. --> theorie is achterhaald, maar wel gespecialiseerde hersengebieden

Ontstaan van de cognitieve psychologie: 

William James (1890): Priciples of Psychology

Om van de psychologie een 'volwaardige wetenschap' te maken, moeten we ons beperken tot observeerbare gebeurtenissenzoals een stimulus en de reactie daarop (Watson: behaviorisme) --> volwaardige wetenschap maken: kijken naar gedrag en dat meten (behaviorisme). (Probleem:) Direct observeerbare processen een beetje triviaal en weinig informatief (we weten al dat je gaat schrikken van een spin), maar hoe werkt het dan?

We kunnen cognitieve processen niet negeren!

Fysics envy: jaloers op exacte wetenschappen. We willen net zo exact worden als natuurkundigen.

Moderne cognitieve psychologie

Sinds de jaren 50: de computeranalogie: het brein als informatieverwerkingssysteem

Wat zijn deze cognitieve processen, en hoe komen ze tot stand?

Groome: vier benaderingen 

Experimentele psychologie 

Donders' mentale chronometrie (eind 19e eeuw)

• Druk op knop met rechter wijsvinger als lampje gaat branden 
• Druk op knop met linkerwijsvinder als groenlampje gaat branden, druk met rechterwijsvinger als roodlampje gaat branden.

--> Verschil in reactietijd is benodigde tijd voor kleurherkenning

Maar ook:

• Fysiologische metingen: hartslag, pupilgrootte, oogfixaties 
• Gedragsmaten: beslissingen die genomen worden, snelheid waarmee een puzzel wordt opgelost, vragenlijsten

Computermodellen 

Is het brein een soort computer? --> ja, soort van

Jaren 60 : computerprogramma's (artificial intelligence) kunnen problemen oplossen die mensen moeilijk vinden (Eerste schaakcomputer)

Het testen van psychologische theorieën in computers (objectherkenning dmv feature detectors)

Kunstmatige intelligentie: 

Kunnen wij deze cognitieve processen vatten in door computers uit te voeren algoritmen?

Kunnen we de keten (zie tabel onder) nabootsen in een robot?

--> ja, zou kunnen, maar waarom hebben we het nog niet?

Cognitieve neurowetenschap 

Lokalisatie van hersenprocessen

Frenologie is achterhaald, maar er is wel degelijk specialisatie van hersengebieden

• Taal, planning, emotie
• Onderzoek mbv EEG, fMRI

Maar ook:

• Kijken naar specifieke beperking na hersenletsel
• Wat gebeurt er met iemands gedrag als er een laesie in de visuele cortex is?
• Schade na hersenbloeding, etc. 

Groome: belangrijke thema's

• Bottom-up(stimulus-driven of data-driven) verwerking vs. top-down (schema-driven of conceptually driven) verwerking 
• Automatischevs gecontroleerdverwerking (VB: lezen vs kleurbenoemen --> Stroop-taak)
• Bewustzijn: hoe het voelt om jezelf te zijn 

Easy questions:

• Welke hersengebieden zijn betrokken bij bewustzijn?
• Is feedback uit hogere hersendelen nodig?
• Wat is sturende rol van bewustzijn bij gedrag?
• Is bewustzijn bij mensen met autisme fundamenteel anders?

Hard question:

• Hoe kan subjectief bewustzijn ontstaan uit neurale activiteit??

Bewustzijn in cognitive science 

• Bijna alle cognitief wetenschappers zijn materialisten
• Alles wat in de mind gebeurt is materieel (neurale activiteit) --> Alleen stofjes, niets magisch
• Ales we deze neurale activiteit kunnen stimuleren in een andere implementatie (VB een computer), betekent dat dat deze stimulatie een bewustzijnkan hebben?

Hoofdstuk 2 Perceptie 

Probleem met perceptie volgens Kant: we kunnen de wereld niet kennen zoals die werkelijk is. We kunnen alleen het resultaat na bewerking van de invoer door onze zintuigen en onze kennis.

Twee centrale vragen: 

1. Hoe kunnen wij objecten herkennen? Wat zijn de elementen van herkenning?
2. Werkt visuele perceptie bottom-up of top-down?
   • Marr, Gibson: vooral bottom-up. Informatie zit (vooral) in de stimulus
   • Constructivisten: vooral top-down. Informatie wordt toegevoegd uit eerdere ervaringen. 

Templates of features --> Hoe herkennen we objecten?

1. beeld valt op netvlies --> is dit een tafel? Stoel? Mijn hond?

Misschien zijn er templates--> Een theorie is dat je een template in je hoofd hebt zitten. Wat je ziet vergelijken met de templates in je hoofd (template matching). 

Templates:

• Intern schema met kennis over objecten
• Een tafel heeft vier potenen heeft een plat oppervlak
• Een hond heeft ook vier poten, maar is harigen blaft. 

Wanneer we een object zien, vergelijken we het met interne templates.

Aanwijzingen voor het bestaan van templates (interne representatie van het object)

• Studies naar mentale rotatie (Shepard & Metzler)
• Mentale rotaties (objecten draaien in je hoofd) (Mentale representaties in je hoofd draaien)
• Bewijs dat we werken met 3D representaties

Vroege Gestalt-psychologen 

Eerste probleem: Welk deel in het beeld is het 'object'? Bij het herkennen van een object, moet je het scheiden van de achtergrond.

Groeperingswetten (zie Gray, Inleiding in de Psychologie):

• Proximity
• Similarity
• Closure
• Good continuation
• Good form

Vervolgens: templates aan elkaar matchen

Objectherkenning: template matching?

Lastig: heel veel templates nodig. --> er zijn heel veel verschillende soorten stoelen, dus waar match je het dan aan? Moet je dan heel veel templates in je hoofd hebben? Gaat voorbij aan het idee van een template, want dan zou je heel veel templates in je hoofd moeten hebben en dan heeft het hebben van een template dus geen nut meer. 

Feature-theorie: kleine (deel-)templates(object opdelen in kleinere delen)

VB: Selfridge's Pandemonium-model voor letterherkenning

Waarom zien we letters zo snel --> we breken ze op in kleine delen en volgen een stappenplan. Niet alleen features nodig, maar ook onderlinge relaties 

Marr's theorie en computermodel 

Hoe kunnen we een object afbreken? Marr had een idee

Er zijn drie verwerkingsniveaus:

1. Primal sketch: overgangen licht-donker vinden en verbinden tot blobsen edges
2. 2 1/2-D sketch: ('viewer centered'): orientatie van oppervlakten (oa uit stereopsis mbv Gestaltwetten)
3. 3-D sketch: ('object centered'): beschrijving object vanuit zichzelf, onafhankelijk van kijker

Primal sketch (het belang)

Het vinden van contourenis belangrijk. Andersom ook zo: als er geen contouren zijn, dan vullen wij die op (Kanizzsa's triangle).

Als we niet willen dat een visueel beeld goed wordt waargenomen, dan moeten we de primal sketch verstoren. Een van de manieren om primal sketch te verstoppen --> camouflage

Als we kijken naar de afzonderlijke onderdelen van een object, hoe bepalen we dan wat het object is? Sommige mensen zeggen dat we van de afbrekingen van een object dat we daar generalized conesvan maken.

Biederman - Recognition-by-components

• De features zijn niet alleen cones, maar geons (basisvormen)
• 36 basisvormen
• Met deze basisvormen zijn vrijwel alle bestaande objecten samen te stellen

Samenvattend:

• Herkenning van objecten waarschijnlijk niet met templates, maar met features: onderdelen
• De exacte aard van features is nog niet bekend, mogelijk zoiets als de geons van Biederman
• Nog veel onderzoek nodig om de herkenning van een object onder veel verschillende omstandigheden te kunnen verklaren

Interpreteren we visuele waarneming bottom-up of top-down?

Top-down:

Gregory: constructivisme: Wij construeren onze waarneming op basis van stimuli en kennis over de wereld--> Wat mensen de hele tijd doen: hypothesetoetsing 

Bottom-up:

• Zo veel informatie in de externe wereld, je hoeft geen top-down informatie te hebben om je omgeving te snappen.
• Marr: primal sketch, 2 1/2-D, 3-D. Doel: waarneming moet 'instantaan' zijn; geen ruimte voor veel interpretatie geven
• Gibson: dat kan ook makkelijk want de stimulus bevat veel meer informatie dan men denkt.

Visuele illusies:

1. Natuurkundige verschijnselen: regenbood, luchtspiegeling --> zeggen niets over onze visuele verwerking
2. Gevolg van fysiologie van de hersenen
3. Gevolg van kennis over de wereld (top-down)

Illusies als gevolg van fysiologie

• Hermann grid: Laterale inhibitie in de retina: als licht valt op netvlies worden cellen er naast onderdrukt.
• Na-effect van beweging: bewegingsdetectoren in de primaire visuele cortex (kunnen habitueren) 
• Na-effect van kleur: habituatie kleurdetectoren

Illusies door top-down verwerking 

Veel illusies zijn het gevolg van perceptuele constanties (niet als gevolg van fysiologie) 

Objecten moeten als constat worden waargenomen, ondanks de grote verschillen in:

• Verlichting (helderheidsconstantie)
• Afstand (grootteconstantie)
• Oriëntatie (vormconstantie)

Beeld op netvlies is uniek, als je beweegt, blijf een object hetzelfde. Hoe kan het dat we het object kunnen blijven herkennen?

Perceptuele constanties

• Objecten die op het netvlies van verschillende groottezijn, kunnen in werkelijkheid even groot zijn. Grootte op netvlies zegt niets over ware grootte: ons brein corrigeert voor afstand
• Objecten die op het netvlies een verschillende helderheidhebben, kunnen in werkelijkheid even helder zijn. Helderheid op netvlies zegt niets over de ware helderheid: ons breid corrigeert voor verlichting
• Objecten die op het netvlies een verschillende vormhebben, kunnen in werkelijkheid dezelfde vorm hebben. Vorm op netvlies zegt niets over de ware vorm: ons brein corrigeert voor kijkhoek.

Makkelijk om te denken dat het een fout is van het brein.

Boodschap

• Ons visuele systeem is geïnteresseerd in de werkelijkegrootte, helderheid en vorm van objecten, niet in de toevalligegrootte, helderheid en vorm van hun afbeelding op het netvlies
• Om die werkelijkeeigenschappen te kunnen bepalen maakt het visuele systeem gebruik van informatie over de afstand, de verlichting en oriëntatie van het object (de context)
• Bij veel visuele illusies wordt je gevraagd om iets te zeggen over het netvliesbeeld: iets wat ons visuele systeem juist heeft afgeleerd!
• Deze illusies zijn dus geen 'fouten' van het brein, ze illustreren juist hoe mooi en doeltreffend ons visuele systeem werkt. 

Let op:

Kunstschilders die realistisch werken moeten juist ongevoelig wordenvoor constanties en de 'afbeelding op het netvlies' weergeven! --> Kunstschilders: moeilijk want ze moeten precies uitbeelden wat er op hun netvlies valt. 

• De grootte van een object verandert met de afstand
• De helderheid van een object verandert met de belichting
• De vorm van een object verandert met de kijkhoek

Top-down vs. Bottom-up

Illusies als verklaring voor top-down: Constructivisme (Gregory)

Tegenargumenten:

• Illusies treden op bij erg kunstmatige en verarmde stimuli (denk aan holle-maskerillusie)
• Veel contextinformatie zit al in de stimulus en wordt dus bottom-up aangeleverd

Gibson: er zit al veel informatie in de stimulus --> We negeren dat er veel informatie in zo'n stimulus opgesloten zit.

Bottom-up: perceptie voor actie  --> Perception for action: we nemen dingen waar om ze vervolgens te manipuleren 

Perceptie voor actie

Gibson: we moeten ons niet afvragen hoe perceptie werkt, maar ons richten op het doel van perceptie. Perceptie zorgt ervoor dat we met de wereld kunnen interacteren.Wat kunnen we met een object?

Gibson: een object heeft affordances (Affordances: wat we kunnen et een object) --> VB theekopje: een oortje nodigt uit om het te pakken. Oppertunities for action.

Gibsons's affordances

• Bewijs voor een perceptie-voor-actie theorie
• Taak-irrelevante maar 'affordance-rijke' stimuli leiden tot activatie in dorsale hersengebieden en trekken aandacht in taak (gereflecteerd in kortere reactietijd)
• Achtergrond kennis (top-down invloed) is dus niet nodig voor perceptie: het object bevat genoeg informatie!

Gibson's verklaring voor grootteconstantie

• Constructivisten: we schatten de afstand tot het object en corrigeren de grootte (top-down) daarvoor 
• Gibson: Nee! Ware grootte is direct af te leiden uit het beeld op het netvlies

Dorsaal vs. ventraal(vooral zichtbaar in mensen met schade)

Dordaal perception for action (Gibson): we kunnen waarnemen zodat we kunnen interacteren met de wereld.

Ventraal pereption for recognition (Greory): we nemen dingen waar en vervolgens gaan we het verwerken