제3장 인지과학
- 심리학, 신경과학, 인공지능 –
(제4장: 철학, 언어학, 인류학)
2013. 08. 02
가천대학교
목 차
3.1 인지과학 개요 3.2 심리학
3.3 신경과학 3.4 인공지능
익힘 문제
3
3.1 개요
인지 認知 cognition :
learn, know, understand인간이 자극을 지각하고 (부호화하여)기억하고 상기하는 과정.
대상을 알고 분별하고 판단하는 사고 작용.
과학 Science
: 검증 가능한 방법으로 얻어진 지식체계인자과학 이란? 認知科學 Cognitive Science
- 인간의 마음과 지능에 관한 학문.
- 인간의 지적 능력과 이를 대행하는 능력을 연구하는 학문 認: 말言과 마음心으로 승낙刃하는 것.
知: 입口으로 활矢을 쏘듯이 말하는 것.
科: 벼禾를 정확하게 재 말斗로 측정하는 것 學: 아이들이 책을 양 손에 들다
4
3.1 개요
Why Cognitive Science?
소크라테스:
너 자신을 알라! 아는 것이란 ?공자
: 아는 것을 안다고 하고 모르는 것을 모른다고 하는 것(논어 위 정편)손자: 知彼知己 百戰百勝
남을 알고 나를 알면 백 번 싸워 백 번 이긴다.
메타 인지 meta-cognition:
Cognition about Cognition.인지보다 메타 인지가 더 중요하다.
자신이 알고 있는 것과 모르는 것을 잘 알아야,, 계획과 실천과 확인이 가능.
지능이 부족해도 더 성공하는 이유는?
철 학
언어학 인류학
심리학 신경과학 인공지능
5
3.1 개요
인지과학의 구성
Howard Gardner의 분류 핵심 학문과 기초 학문
Howard Gardner
미국의 발달심리학자(1943 ~ ).
8가지 복수 지능 이론 제창
인간의 지능은 다양한 분야로 나뉘어 있다.
ex. 언어, 논리-수학, 음악, 공간, 신체-운동, 자연, 대인관계, 내재적 지능.
인지과학의 학문 구성
6
인지과학의 정의 인간의 마음과 지능을 연구하는 학문
지식을 획득하고 사용하는 것을 학제적으로 연구하는 학문
심리학, 철학, 인공지능, 신경과학, 언어학, 인류학 등을 포함하여 마음과 지능을 학제적으로 연구하는 학문
컴퓨터 연산과 같이 지능적인 행위를 특정하게 참조하는 지능과 지능적 인 시스템을 연구하는 학문
3.1 개요
인지과학의 주요정의
7
3.1 개요
인지과학의 특징
특 징 내 역
학제간 융합 연구 인문학과 자연과학의 여러 학문의 협동 연구
마음과 정서 마음에 주안점을 두지만 정서에는 관여하지 않음
컴퓨터 컴퓨터 소프트웨어(프로그램)에 깊은 이해 필요
인지 활동 상징으로 표상화되어야
기호 Sign: 사물의 의미를 직접 나타내는 것. ex. 교통 표지 판
상징 Symbol: 사물의 의미를 간접 나타내는 것. ex. 꽃: 사랑
8
3.1 개요
인지과학의 추가적인 학문
뇌과학 자동기계
진화론
윤리
예술 마케팅
융 합 관 련
학 문
인지과학 관련
산업계 관련
9
3.1 개요
인지과학의 추가적인 세부 학문
뇌 뇌 뇌
뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌
뇌 뇌 뇌 뇌
뇌 뇌 뇌
뇌 뇌 뇌 뇌 뇌
뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌
뇌 뇌 뇌 뇌 뇌
뇌 뇌 뇌
10
3.1 개요
인지과학의 추가적인 세부 학문
학문 내 역
구조 언어학 언어의 구성 요소 간의 관계에서 언어의 구조와 원리를 연구
정보이론 bit를 이용하여 정보를 수량화하고 전송하는 이론 기호논리학 기호를 이용하여 논리를 정확하게 표현
신경망 이론 두뇌의 신경세포 처럼 정보를 처리하는 기법을 연구 인공두뇌학 뇌과학을 이용하여 기계의 지능화 연구
컴퓨터 구조 프로그램 내장 방식을 위주로 하는 디지털 컴퓨터 설계 진화심리학 진화의 관점에서 인간의 행동을 연구
자동기계론 추상 기계와 기계가 풀 수 있는 문제들을 연구 뇌과학 뇌의 작용 원리와 의식 현상을 연구
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3.1 개요
Claude Shannon의 정보 이론
이진법의 숫자로 정보를 표현하고 전송 가능.
인지과학의 목표
인간의 정신 현상을 마음의 표상인 기호와 계산으로 설명한다.
표상: 뇌가 대상을 인식하여 만든 정보.
인간이 안다고 하는 것은 실제를 아는 것이 아니라 표상을 아는 것 이다.
정보 이론의 정보 전송 과정
메시지
목적지 발송지
송신기 수신기
메시지
부호화 부호 역부호화
bits
12
3.2 심리학
심리학 心理學 Psychology
Def.
인간의 행동을 연구하는 학문 Why Psychology?
인간이 수행하는 행동의 원인을 알기 위한 학문.
인간이 수행하는 행위의 원인: 마음 소크라텔레스: “너 자신을 알라”
인간의 감각은 오류가 많으므로 합리적인 사고(내성법)를 해야 한다.
내성법: 자신의 마음을 객관적으로 깊이 관찰하는 실험 방법
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주 제 플라톤 아리스토텔레스
세계의 근본원리 이원론 일원론
지식의 근원 선험적 경험적
시대 환경 전쟁으로 비참한 환경 안락한 궁전 환경
신분 귀족 알렉산더 대왕의 스승
계승자 데카르트 존 로크
철학사의 위치 합리주의 시조 경험주의 시조
3.2 심리학
플라톤과 아리스토텔레스의 세계관
플라톤: 스승(소크라테스)의 실패(죽음)를 목격
아리스토텔리스: 제자(알렉산더 대왕)의 성공을 목격
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3.2 심리학
영국에서 경험론이 성행하고
대륙에서 합리론이 성행한 이유는 무엇일까?
심리학 주제의 변천
심리학 주 요 주 제 비 고
구조주의 심리학 마음에서 본질적인 요소를 찾다 마음 = 구조 기능주의 심리학 마음이 나타나는 현상에서 기능을 마음 ≠ 구조 행동주의 심리학 행동(마음)은 자극에 대한 반응 자극 → 반응 정신분석 행동은 무의식에서 큰 영향을 받는다 의식 < 무의식
인지심리학 마음은 정보를 처리하는 소프트웨어 마음 = SW
대륙: 전쟁이 나면 모든 나라가 참화를 입는다.
현실 밖에서 이상을 찾다
영국: 섬나라이므로 대륙의 전쟁에서 비교적 안 전.
현실에서 이상을 찾다
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3.2 심리학
1) 구조주의 심리학
의식을 구조로 보고 마음의 본질적인 요소를 찾으려 한다.
사물의 지각과 인식, 인지 과정
이 이 이 이
이 이
뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌
뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌
뇌 뇌
이 이 이 이 이 이
인지과정: 무엇인가 있다 차거운 것이다 얼음이다 사실 느낌 판단
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3.2 심리학
2) 기능주의 심리학
기능은 실체가 아니다
사물의 본질essence을 아는 것은 어렵다.
기능, 현상, 작용으로 사물을 파악한다.
고정적인 구조 개념 배제
관계, 발생, 작용, 변동 등의 동적 사상 중시 실용주의 pragmatism
원인보다 결과적으로 인간에게 도움이 되는 것이 좋은 것이다.
다윈의 진화론에서 영향 받음
19세기말 20세기 초 미국 사상의 주역 : 퍼스, 윌리엄 제임스, 존 듀 이 등
Pragmatism: 진리는 관념과 실재의 일치만이 아니고 관념의 결과가 진 리여부를 결정한다는 철학 사조.
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3.2 심리학
3) 행동주의 심리학
Ivan Pavlov의 실험: 개와 종소리. 자극과 반응에 의한 습관.
밥을 줄 때마다 종을 치면 침을 흘린다.
밥을 안주고 종만 처도 침을 흘린다.
1. 무조건 반사: 밥을 주면?
2. 고전적 조건화: 밥을 줄 때 종을 친다.
3. 조건 반사: 종을 치면?
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3.2 심리학
3) 행동주의 심리학
Ivan Pavlov의 실험: 개와 종소리
자극과 반응이 반복되면 습관화 심리학의 과학화 Skinner: 강화 개념 도입
자극과 반응에 의한 습관
이 이 이 이 이 이
생각 행동
뇌 뇌 뇌 뇌 뇌
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3.2 심리학
4) 정신분석 Psychoanalysis
Sigmund Freud가 개척한 분야.
인간의 정신은 무의식을 기반으로 구조화되어 있다.
최면에 의하여 무의식을 알 수 있다.
카타르시스:
무의식에서의 억압을 해소하는 것.
의식 = 무의식의 1/7
인간의 정신 구조
뇌 뇌 뇌 뇌 뇌
뇌뇌뇌 뇌 뇌
뇌 뇌뇌
뇌 뇌
이드 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌
의 식: 의지로 사고하고 있는 상태
무의식: 의지로 사고하지 못하고 있는 상 태
전의식: 의식하자 못하고 있으나 노력하 면
의식할 수 있는 상태
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3.2 심리학
정신분석의 핵심 4요소
핵심 요소 내 역 비 고
원초아
id 욕구가 있는 본능적인 에너지 무의식 자아
ego 사고, 감정, 의지의 주관자로서의 나 의식 초자아
super-ego 양심과 이상을 추구하는 주관자로서의 나 의식
리비도 자손을 번성하게 하려고 생동하는 에너지 무의식
리비도: 프로이드와 달리 현대 학자들의 관심에서 제외되고 있다
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3.2 심리학
5) 인지심리학
Def.
정보처리 관점에서 인간의 행동을 연구하는 학문.
Bruner: 하버드대학에 ‘인지연구소’ 개설 Neisser: 1967년 ‘인지심리학’ 출간.
Piaget: 컴퓨터(SW), 마음 = 정보처리 도구 마음은 왜 만들었을까?
Computer:
= 정보를 처리하는 도구
= 인간의 마음 = 상징을 조작하는 체계
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3.2 심리학
정보처리 체계
표상 representation:
외부 정보가 두뇌의 정보체계에 맞추어 내부 형식으로 표현된 것.
머리 속에 있는 정보는 모두 표상이다.
인간이 아는 것은 실제가 아니라 표상 뿐이다.
표상은 상징이다.
표상의 입출력 절차
사물
감각 상징
표상
저것은 ‘빌딩’이다 출력 입력
빌딩
변환 기억
상기
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3.2 심리학
정보처리 체계
인간의 마음은 컴퓨터에서 정보가 처리되는 과정과 유사하다
컴퓨터 처리 과정으로 인간의 마음의 처리 과정을 이해한다
정보처리 모델
마음 = 컴퓨터
= 정보처리체계 = Σ Pi (I)
O
출력
I
입력
Pi = set of processes
D 자료
24
3.2 심리학
마음의 구조
단일 구조: 마음은 하나?
모듈 구조: 마음은 여럿?
Module
- 독립적인 일을 수행하는 개체(부품) ex. 우주선의 모듈
- 잘 정의된 하나의 일을 수행하는 작은 프로그램.
ex. ERP 시스템을 구성하는 회계 모듈
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3.3 신경과학
Neuroscience?
Def.
신경계를 연구하는 학문.
생명의 역사
식물은 신경이 없는데 왜 동물은 있는가?
(.JPG)
5뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌
46뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌
3. 7뇌 뇌 뇌 뇌 뇌
1뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌
40뇌 뇌
2뇌 뇌 뇌 뇌 뇌
뇌 뇌
400뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌
12뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌
신경계: 동물의 안팎에서 야기되는 자극을 전달하고 그에 대한 반응을 생성하고 통제하는 기관
26
3.3 신경과학
동물 신경계의 발달
동 물 신경계 구조 비 고
원생동물 무신경. 헛발로 이동하고 먹이 활동 향화학성
강장동물 신경그물을 이용하여 세포들이 수축, 팽창 신경의 시작
편형동물 신경줄과 뇌를 이용하여 운동 학습 시작 척
추 동 물
어 류 척추 생성 뇌 성장
파충류 척수 위에 뇌간 생성 생명의 뇌 포유류 뇌간 위에 변연계 생성 감정의 뇌 영장류 변연계 위에 대뇌피질 생성 이성의 뇌
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3.3 신경과학
동물의 진화
원생동물: 단세포: 아메바
다세포동물: 원생동물 이외의 모든 동물
강장동물: 해파리의 신경그물편형동물: 최초의 뇌. 좌우 대칭: 방향 판단, 눈점 환형동물: 고리 모양의 체절 구조. 지렁이, 거머리 절지동물: 곤충, 거미, 새우, 지네 등. 특징: 눈
척추동물: 뇌의 분화: 뇌간, 변연계, 신피질
해파리
편충
뇌 뇌 뇌 뇌
뇌 뇌
28
3.3 신경과학
신경계의 구조
신경계 하부 조직 내 역
중추 신경계
두 뇌 정보를 받아들여서 해석하고 판단하는 기관
척 수 두뇌와 말초신경계를 연결하는 통신 선로
말초 신경계
체성신경 감각신경 감각기관으로부터 정보를 수용 운동신경 골격근의 운동을 제어
자율신경
교감신경 운동 기능을 활성화시키는 신경
부교감신경 운동 기능을 안정시키는 신경
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3.3 신경과학
뉴런의 구조
시냅스의 구조
뇌 뇌 뇌 뇌
뇌 뇌 뇌 뇌 뇌
뇌 뇌 뇌
뇌 뇌 뇌뇌
축색돌기 수상돌기
신경전달 물질
30
3.3 신경과학
뉴런의 종류
종 류 기 능 유비쿼터스 시스템
감각뉴런 외부의 자극이나 내부의 정보 입수 센서에 해당 연합뉴런 한쪽 뉴런의 정보를 다른 뉴런에게 전
달 통신망에 해당
운동뉴런 정보를 받아서 근육 운동을 실행 작동기에 해당
31
3.3 신경과학
중추신경계
- 두뇌 - 척수
3부뇌의 구조
뇌 이름 기능(별명) 생성 동물 생성 시기 시대
뇌간 생명의 뇌 파충류 5억년 전 고생대
변연계 감정(본능)의 뇌 포유류 2-3억년 전 중생대
신피질 이성의 뇌 영장류 500만년 전 신생대
뇌
뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌
뇌 뇌
뇌 뇌
뇌 뇌
= 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌
= 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌
뇌 뇌 뇌 뇌
= 뇌 뇌 뇌 뇌 뇌
32
3.3 신경과학
말초신경계
체성신경계
감각신경, 운동신경 자율신경계
내장의 평활근, 심장근육, 분비선 조절,,,, 교감신경
부교감신경
* 31쌍의 척수 신경, 12쌍의 뇌신경
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3.4 인공지능
Why Artificial Intelligence?
지능이란?
문제 해결 능력.
추상적(抽象的, abstract) 사상(思想, thought)을 다루는 능 력,,,,,
인공지능?
단어 의미: 인간의 사고를 기계가 실행
기계?
복잡한 기능의 동적 장치를 가진 도구
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3.4 인공지능
인공지능
Def. - 기계가 인간처럼 사고하는 능력.
- 기계가 인공적으로 지적인 행위를 수행할 수 있게 하는 과학
컴퓨터과학의 목표
- 인간처럼 생각하고 행동하는 컴퓨터 제작
인공지능의 목표
- 사람처럼 생각하는 컴퓨터 제작
로봇공학의 목표
- 사람처럼 행동하는 기계 제작.
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3.4 인공지능
인공지능의 기반 학문
1) 기호논리학
기호를 이용하여 추론과 증명의 법칙을 연구하는 학문
2) Turing Machine
정보를 저장하고 실행하는 추상적인 자동 기계
3) Neural Network
뇌기능의 일부를 컴퓨터로 모의실험 하는 수학 모델
4) 컴퓨터 이론: 정보이론, 인공두뇌학, 컴퓨터구조론,,,
5) 기호체계 가설 : 인간처럼 사고할 수 있는 프로그램
36
3.4 인공지능
인공지능의 기반 학문
1) 기호논리학 symbolic logic
Leibniz:
생각을 기호로 표현할 수 있다면 논리적인 계산으로 풀 수
있다.3단논법(아리스토텔리스): 중의성 문제.
조지 불: Boolean Algebra Algorithm
Prege, Russel, Whitehead:
기호논리학 체계 완성
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3.4 인공지능
인공지능의 기반 학문
2) Turing Machine
1936: 자동기계 이론 Automaton 발표
규칙이 완전한 계산이라면 기계로 해결할 수 있다.
ex. 일의 해결 순서를 명확하게 기술하면 기계로 해결 해결 순서 = 알고리즘 프로그램 기계화
Formal Machine: 알고리즘을 수행할 수 있는 기계 = Turing Machine
Colossus 발명: 최초의 컴퓨터
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3.4 인공지능
인공지능의 기반 학문
3) 신경망 Neural Network
Warren McCulloch, Walter Pitts: 1943. 신경망 이론 발표
Turing Machine이 인위적인 기계라면,신경망 이론은 인간의 뇌를 모델로 개발.
Neuron을 논리적인 단위로 동작하는 모델.
침체기
1980년대 활성화
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3.4 인공지능
4) 주요 컴퓨터 이론
이 론 이 름 내 역
자동기계론 앨런 튜링 추상 기계를 이용한 정보처리 기계를 설계
컴퓨터 구조론 폰 노이만 프로그램 내장 방식으로 디지털 컴퓨터 설계
인공두뇌학 노버트 위너 신경과학을 이용하여 기계를 지능화
정보이론 클로드 섀넌 2진법의 비트를 이용하여 정보를 계량화
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3.4 인공지능
5) 기호체계 가설
인간처럼 사고할 수 있는 프로그램 개발
인간 = 기계: 문제 해결하기 위한 기호 조작 시스템
내 역 주 창
인간의 마음은 정보를 처리하는 시스템 앨런 뉴웰
정보처리(마음)는 기호를 조작하는 과정 허버트 사이먼 컴퓨터 프로그램은 기호를 조작하는 시스템 기호논리학 인간의 마음은 컴퓨터 프로그램으로 모형화 인지심리학
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3.4 인공지능
3.4.2 연결주의
전문가 시스템은 성공했으나 일상적인 업무는 실패.
Why?
Perceptron의 구성과 동작 1957년 Rosenblatt 제시
이 이
W1 W2
Output y
Input X1
Input X2 Output = ∑ (Input Xi * Weight Wi)
Output = ∑ (Input Xi * Weight Wi)
Y = {+1, if Output >= T}
{-1, if Output < T}
(a) 기존 신경망 (b) 퍼셉트론
42
3.4 인공지능
3.4.2 연결주의
기존 신경망과 Perceptron
Analog에서 Software로43
3.4 인공지능
3.4.2 연결주의
구분 인공지능 신경망
기반 튜링 기계 두뇌
체제 특성 상징 상징 이하
기본 개념 계산주의 연결주의
처리 기반 기호논리학 신경과학
처리 형태 직렬처리 병렬처리
처리 방식 기호 조작 활성화
표상 위치 기억 내 특정 위치 신경망 전체에 분포 검색 방식 위치 기반 검색 내용 기반 검색
