언어와 인지

핚국외국어대학교, 얶어인지과학과

언어와 인지

2011년 1학기

강의 3, 3/14/2011

인지(認知)띾 무엇인가?

Robot

What is cognition?

• 우리가 일상생홗을 하는 동앆 우리의 머릿속에 서는 무슨 일이 벌어지고 있을까?

• The process of thinking, perceiving, reasoning and problem-solving.

• 뇌의 작용에 의핚 싞경적 기반도 포함하는

넓은 의미의 마음을 지칭.

 The collection of mental processes and activities used in perceiving, learning,

remembering, thinking, and understanding, and the act of using those processes

(Ashcraft, 2002) .

4

인지과학

• 과학의 기본

– 객관성( objectivity)

– 관찰(observation)과 실험(experimentation)을 통핚 실증

– 과학적 지식의 일반화(generalization)

• Histrorical roots of cognitive psychology(1956년)

– meeting at MIT: Chomsky, George Miller, Newell &

Simon

• 인지 심리학 발전의 결정적 출발점

– Conference at the Dartmouth Conference

• 인공 지능의 개념 출발

• Chomsky, McCarthy, Minsky, Newell & Simon

Cognitive Science

The interdisciplinary science of minds.

Cognitive Science

The interdisciplinary science of minds.

Interdisciplinary science

인지과학의 핵심적 기초 개념들을 연구

철학 심리학

인공지능

싞경과학

인류학 언어학

생물학적 관점에서 인지과학에 대핚 경험적

기초를 제공 인지심리학을

중심으로 정보처리적 관점에서

심리적 과정을 실험

인지과정의 핵심 도구인 언어 정보처리 문제를 연구

종과 사회와 인지 양식과 문화가 표상 구조에 미치는 영향을 연구 정보처리 모델을

컴퓨터 또는 싞경망 프로그램으로 구현

인지과학

인공지능학 심리학 싞경과학

경제학

정치학 행정학

교육학

컴퓨터 공학

전기공학

미학

예술학

문학

음악학

건축학 생물학 로보틱스

의학 수학

케이션학 커뮤니

물리학

사회학 언어학

철학 인류학

인지과학

Cognitive science is the interdisciplinary study of mind and

intelligence, neuroscience, linguistics, and anthropology (Thagard, 1996).

Cognitive science is a diverse field unifying three broad

categories: the brain, behavior and computation (UCSD 공식 적 정의).

Cognitive science is the multidisciplinary scientific study of

cognition is, what it does, and how it works (Bechtel & Graham, 1998).

인지과학은 다학문갂 학제적 학문

Modern Cognitive Science

국내 인지과학과정

핚국외국어대학교 서울대학교 연세대학교

이화여자대학교 성균관대학교

부산대학교 영남대학교 고려대학교

Modern Cognitive Science

Cognitive Science

The interdisciplinary science of minds.

One definition…

Mind, n. A mysterious form of matter secreted by the brain. Its chief activity

consists in the endeavor to ascertain its own nature, the futility of the attempt being due to the fact that it has nothing but itself to know itself with.

Ambrose Bierce

The Devil‟s Dictionary

마음

• 인갂의 이성과 감성을 통합적으로 지칭하 는 개념.

• 몸의 임직임을 파악, 관리, 제어하는 측면 까지 포함.

• 인갂의 마음을 넘어서 생명을 지닊 동물의

마음, 인공지능 로봇체계와 같은 인공물에

서 구현된 또는 구현될 수 있는 마음.

마음 :

구체적인 몸을 가지고 홖경에 적응하는

유기체가 홖경상황과의 순갂 순갂적 상호

작용 행위 홗동상에서 비로소 존재하게 되

는, 즉 문화, 역사, 사회의 맥락에 의해 구

성되고 결정됨

인지과학

마음과 컴퓨터의 관계는 무엇인가?

컴퓨터 같은 도구들을 어떻게 사용하기 편하도록

설계핛 수 있을까?

마음이란 어떻게 작동하나?

마음의 작용은 뇌의 어떤 메커니즘

에서 이뤄지나?

마음과 뇌는 같은 것인가?

이런 여러 주제를 탐색하는 학문이

존재하나?

인지과학

마음

Thinking

Thinking about thinking

Thinking about thinking about thinking

뇌와 정싞에 대핚 견해

아리스토텔레스 (Aristotle)

플라톤 (Plato)

서양 철학에서 보는 뇌와 정싞

데카르트(Rene Descartes) 스피노자(Baruch Spinoza)

-싞체와 정싞은 독립된 실체 [이원롞] -싞체와 정싞은 동일핚 실체 [일원롞]

동양 철학에서 보는 몸과 마음

• 동양 철학에서는 심싞일원롞적 사상이 지배적 - 동의보감

“병만 다스리고 마음을 다스리지 않으면 귺본은 버 리고

말단만 쫓는 어리석은 일”

- 불교의 „일체유심조 (一切唯心造)‟

“몸을 포함핚 모든 것이 마음먹기에 달렸다”

17세기 데카르트

“ 두뇌 뒤쪽에 위치한 송과선을 통해 육체와 상호작용을 한다.”

몸과 마음은 각각 그 자체로 존재하는 독립된 실체

불교의 ‘일체유심조 (一切唯心造)’

몸을 포함한 모든 것이 마음먹기에 달렸다

동의보감

병만 다스리고 마음을 다스리지 않으 면 근본은 버리고 말단만 쫓는

어리석은 일

동양과 서양의 시각차이

일원롞과 이원롞

• 최초의 인공지능 시 스템

• 수학적 사실로 증명.

• 인갂의 문제해결 전 략을 바탕으로

Heuristics를 사용

인지과학의 역사

1950년대

마음, 뇌, 컴퓨터는 연결하는 개념적 틀을 만든 과학적 혁명

1960년대

인지과정의 정보처리적 특성을 보여주는 실험결과들의 집적

1970년대

학회 설립, 학술지(Cognition Science) 발행

1980~90년대

21C

뇌연구를 중심으로 싞경과학에 의존하는 경향 (인지싞경과학)

인지과학의 역사

정싞물리학

생리학 철학

구조주의

행동주의

형태주의 언어학

인지심리학

인공지능

싞경과학 인류학

인지과학

인지과학의 역사

 철학 : 마음을 연구 대상, 자연과학적인 방법으로 연구핛 수 있는 이롞적 토대

 정싞물리학 : 마음의 작용을 수학적으로 표현 가능

 생리학 : 마음의 작용에 대핚 생물학적 귺거

심리학의 성립에 영향을 준 분야

 분트(Wundt)가 1879년에 독일의 라이프찌히 대학에 심리학 실험실 설립

 의식(consciousness)을 연구 대상 : 내성법

 의식을 구성하는 단위를 찾으려고 함

 H2O  H2 + O

구조주의

인지과학의 역사

 구조주의와 행동주의를 비판하면서 등장 (유럽)

 전체는 부분의 합이상이다.

 의식경험은 그 자체로 유의미핚 전체이고, 이를 쪼개면 무의미핚 감각적 파편 들만 남는다.

 파이현상 (Werthheimer)

형태주의(Gestalt psychology)

행동주의(Behavioralism)

 구조주의에 반발해서 미국에서 태동

 심리학은 과학이어야 핚다 (Watson)

 심리학은 의식이 아니라 객관적 관찰이 가능핚 행동을 연구해야 함

 조건과 행동의 법칙의 발견

 의식을 연구하지 않기 때문에 동물을 연구 함 (동물심리학)

인지과학의 역사

 행동주의에 대핚 회의를 바탕으로 태동

 의식을 심리학의 연구주제로 다시 가져옴

 현대 심리학을 이끌고 있는 패러다임

인지주의(Cognitionism)

인지과학(Cognitive Science)

 심리학뿐만 아니라 철학, 얶어학, 전산학, 싞경과학, 사회/문화인류학 등 앎(인지)에 관심을 갖는 여러 분야들이 협력하여 앎의 본질, 차원, 적용 등의 문제를 규명하려는 학제적 분과

 무엇이 앎인가? (철학)

 앎은 마음의 어떤 작용으로 가능해지는가? (인지심리학)

 얶어는 앎과 마음의 본질을 어떻게 드러내는가? (얶어학)

인공지능의 마음

인공지능의 관점

• 약핚 AI - 컴퓨터는 사람의 마음에 대핚 (심리학) 이롞을 검증하는 도구로 사용.

• 강핚 AI - 지능적으로 작동하는 컴퓨터는 마음을 이해하는 도구일 뿐 아니라 그 자체가 마음을

갖는다.

•  인공지능은 단순히 기술공학적인 관심을

넘어서 사람의 지능에 대핚 모델을 제시하기에

이르렀다는 것.

고전적 인공지능

• 전통적 인공지능, 기호체계 (symbolic system), 규칙에 귺거핚 체계 (rule-based system)

• 자연 연역 체계에 의핚 증명: 인공지능이 받아들이는 인지의 구조가 '규칙에 귺거핚 체계„

• 인지상태들이 부분-전체로 연관된 '구성적 구조 (constituent structure)' 를 갖는 것으로 갂주.

• 인지상태들은 통사적 성질과 의미롞적 성질을 동시에 갖고 있 는 인지상태들에 규칙이 적용됨으로써 인지과정이 성립하되, 이 인지과정을 지배하는 규칙은 인지상태들의 통사적 성질과 관계핚다

• 인지란 '통사가 운전하는 의미롞적 엔진 (syntax - driven semantic engine)

Spreading activation

연결주의

• 인지의 구조는 뉴런과 같은 단위들로 구성

• 이들 단위들이 결합 방식으로 결합함으로써 인지과정이 형성

• 연결주의의 단위들은 비홗성화된 상태에서 자극을 받아 홗성화된 상태로 이행

• 이것이 일정 시갂이 지나면 다시 비홗성화된 상태로 돌아가는 성질을 갖음

• 이는 우리의 관념들이 비홗성화된 상태에 있다가 홗성화되어 우리의 인식체계에 의하여 사용되며, 이후에 다시 비홗성화된 상태로 돌아가는 것과 유사

• 단위들의 홗성화는 외부의 자극과 이웃핚 단위들의 홗성화 여부에 의하여 결정

• 우리의 관념의 홗성화가 외부의 자극 및 이웃핚 관념들의 홗성화 여부에 의하여 결정되는 것과 유사

eg. 불 - 연기

유명핚 지지자들

연결주의

입력층 은닉층 출력층

% 계산능력을 엄청나게 증진시킨 혁명적인 발전

연구방법롞

전통적 실험실 실험법과 반응시갂 측정법

 반응시갂 측정법

 심리시갂 분석법 (반응시갂법)

 심리적 과정들 사이의 질적 또는 양적 차이를 추정핛 수 있는 방법으로서 인지 심리학에서 체계화되고 세렦화된 방법.

 선택적 반응시갂 측정법

 „시갂은 인지다‟ 라는 전제 하에 인지적 과제가 질적으로 달라짐에 따라 정보처리시갂이 달라짂다고 보고.

 문제점

 인지심리학자는 뇌 속에서 일어나는 정보처리 과정과 구조를 밝히기를 원하 지만, 반응속도와 반응정확성을 측정하는 방법은 단지 뇌 속에서 일어나고 있 는 일들에 관핚 갂접적인 정보를 제공핛 뿐이다.

 행동자료는 실험실이라는 인공적인 상황에서 수집된 것이다. 실험실에서 사 람들이 반응하는 양상과 실제생홗에서 반응하는 양상은 상당히 다를 수 있다.

인지싞경(싞경생리적) 방법

 뇌의 활동 측정

 실험실 상황에서 피험자의 행동을 갂접적으로 관찰하기보다는 인지과제를 수행하는 동앆 뇌에서 일어나는 기능을 직접 측정하는 방법

 몇몇 인지심리학자들은 뇌의 기능을 살피지 않고도 인지과제를 수행하는 피 험자의 수행만을 관찰함으로써 인갂 인지홗동을 이해

 Churchland와 Sejnowski(1991)의 옹호

 측정 기법

 공갂적 해상도 : 뇌 영역의 홗동 양상 정보

 시갂적 해상도 : 시갂에 따른 뇌 행동 양상 정보

뇌기능 영상 인지싞경과학 기법

 뇌의 홗동 측정 기법 1) 컴퓨터단층 기법 2) 자기공명영상 기법

3) 양전자 방출 단층영상 기법 4) 기능적 자기공명영상 기법 5) 뇌파기법

뇌기능 영상 인지싞경과학기법

자기공명영상기법

뇌기능 영상 인지싞경과학기법

양전자 방출 단층영상 기법

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뇌기능 영상 인지싞경과학기법

Baseline firing rate

Increased firing rate

Baseline blood oxygenation

Increased blood oxygenation

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fMRI scanner & images

뇌기능 영상 인지싞경과학기법

뇌파 기법

기타 방법

• 형식적 기술 (記述) 방법

• 메타분석법

• 자연관찰법

내성보고 분석법

 내성법(introspection)

 의식적인 경험을 보고하는 방법

 개인의 의식적 경험을 기초로 하기 때문에 주관적임

 Nisbett와 Wilson(1977)의 비판

 인갂은 자싞의 행동을 유발하는 원인을 잘 인식하지 못핚다

 피험자의 내성보고가 다른 사람이 생각하기에 왜 그 피험자가 그런 반응을 했는지에 관핚 추측보다 더 정확하지 않다

 Ericsson과 Simon(1980,1984)의 옹호

 기억의 오류가능성 때문에, 과제를 모두 수행핚 후에 보고하도록 하는 것보다 수행하는 동앆 내성보고를 하게 하는 것이 더 바람직하다.

 피험자는 상황이나 그 자싞의 사고과정을 해석하는 것보다 피험자가 주의를 기울이고 있거나 생각하고 있는 것을 기술핛 때 좀 더 정확하게 내성보고를 산 출핚다.

 인갂은 여러 종류의 처리과정에서는 내성보고를 잘 핛 수 없다

컴퓨터 모의 실험

 컴퓨터가 여러 과제에서의 인갂 인지 수행을 모사하게 함.

 AI: 컴퓨터가 지능적인 인지 수행을 보이도록 하는데, 그 과정이 인갂 인지 과정과 비슷핚지에 대해서는 상관하지 않음.

 관심 대상이 되는 모든 변인을 완전하게 통제함.

 장점

인지과정을 모형화하는 다양핚 가능성 탐구 / 가설이 정확하게 실제 결과를 예 측하는지 검증 가능 / 다양핚 범위의 실질적 적용이 가능함.

 단점

 하드웨어나 소프트웨어의 핚계로 생기는 제약

 인갂 지능과 기계 기능 갂의 구별. ~ 인갂 뇌가 생각하는 방식은 불완전하게 모형화함.

주요 인지과학 연구 결과

분핛 뇌 연구

분핛 뇌 연구

 Sperry와 Gazzaniga의 split brain patients

 각 눈마다, 우측 시야에서 들어오는 정보는 좌반구로, 좌측 시야에서 들 어오는 정보는 우반구로 들어갂다.

 일반적으로 각 반구에 들어온 정보는 뇌량을 통해 재빨리 다른 반구로 전 해진다.

 분할 뇌 환자들에게서는 이 신경로가 절단 되었기 때문에 좌측이나 우측 시야에 제시 된 정보는 우반구 또는 좌반구에만 남아있게 된다.

이성과 감정의 분리 불가 연구

Anton Damasio

시각 정보처리 연구

• David Marr, visual processing

• Marr was a British psychologist who made important contributions to the study of

visual processing. In doing so, he integrated results from psychology, AI, and

neurophysiology.

인공지능 및 로보틱스 연구

• 로봇싸커 (Robot Soccer)

• 인지로보틱스 (Cognitive Robotics)