Wyklad habilitacyjny: percepcja i pojecia

Dariusz Plewczynski
ICM, Uniwersytet Warszawski

D.Plewczynski@icm.edu.pl

Jak widzimy kolory?
Od percepcji do budowania pojęć

Dariusz Plewczynski
ICM, Uniwersytet Warszawski

D.Plewczynski@icm.edu.pl

O czym mówimy...
• Percepcja
• Pojęcie - podstawowa struktura poznawcza,
reprezentująca klasę obiektów (przedmiotów,
zdarzeń, czynności, cech, relacji) podobnych do
siebie pod pewnym względem. Tworzeniu pojęć
towarzyszą procesy abstrakcji i uogólniania.
• Pojęcia są wyrażane przez społecznie ustalone
wyrażenia językowe. Tworzymy je od wczesnego
dzieciństwa, często bezwiednie.
• Prof. Chlewiński: rodzimy się z genetetycznie
uwarunkowaną kompetencją pojęciową. 2

Jak działa mózg?

P. Latham
P. Dayan

Neurocybernetyka

Definicja polska:

Dział biocybernetyki, zajmujący się analizą i
modelowaniem procesów przetwarzania informacji i
sterowania w układach nerwowych zwierząt i człowieka.

Główne kierunki prac to m.in.:

ustalenie i opis matematyczny własności neuronu,
analiza percepcji,
badanie i modelowanie procesów uczenia się,
badanie sieci neuronowych i hierarchicznej organizacji
układu nerwowego,
analiza systemów sterowania układu ruchu.
http://en.wikipedia.org/wiki/Neurocybernetics

Spostrzeganie barw
• Barwa jako taka fizycznie nie istnieje,
• Wiele teorii spostrzegania - m.in trójczynnikowa
(Young-Helmholtz, czerwony-zielony-niebieski) i
dwuczynnikowa (Hering, czerwień/zieleń oraz
żółty/błękit),
• Intersubiektywność procesu,
• Zaburzenia w widzeniu barw,
• Czy język determinuje spostrzeganie?
Determinizm vs. uniwersalizm
7

Receptory: czopki i pręciki

Czopki, dawniej zwane słupkami – światłoczułereceptory
siatkówki oka. Czopki umożliwiają widzenie kolorów przy
dobrym oświetleniu. Jest to widzenie fotopowe.

Pręciki - światłoczułe receptory siatkówki oka. Odpowiadają za
postrzeganie kształtów i ruchu. Pręciki umożliwiają czarno-białe
widzenie przy słabym oświetleniu. Jest to widzenie skotopowe.

Względna absorpcja światła
czopków (K, Ś, D)
i pręcików (Pr)
przez ludzkie oko.
Skala długości fali
nie jest liniowa.

http://pl.wikipedia.org/wiki/Czopki

Receptory kolorów

Ludzkie oko zawiera trzy rodzaje czopków, z
których każdy ma inną charakterystykę
widmową, czyli reaguje na światło z innego
zakresu barw.

Pierwszy rodzaj reaguje głównie na światło
czerwone (ok. 700 nm), drugi na światło
zielone (ok. 530 nm) i ostatni na światło
niebieskie (ok. 420 nm).

Impulsy generowane pod wpływem światła w
pręcikach i czopkach są wysyłane do mózgu
za pośrednictwem komórek dwubiegunowych,
komórek zwojowych, a także bezpośrednio
poprzez własne aksony.

http://pl.wikipedia.org/wiki/Czopki

decision. Subsequently, both participants wer
Zadanie wzrokowe
ormed of the correct choice (with the excep
Który z obrazków ma większy kontrast (wzory Gabora)?
Modele decyzji, agregacji i dzielenia się informacją
w parach w przypadku zadania decyzyjnego związanego z
rozróżnianiem bodźców

A B

Bahrami, Olsen, Latham, Roepstorff, Rees, Frith Science, 2010

Funkcja psychometryczna
probability of choosing the 2nd interval
1.0
1
s= p
P (c)
0.8
2⇡
0.6
slope / derivative
0.4
a measure of efﬁciency
0.2

contrast difference
-3 -2 -1 1 2 3

error rate ~

Decyzje w parach

Czy można zaobserwować
jakąkolwiek mierzalną zaletę jeśli
bodziec wzrokowy jest
obserwowany przez więcej niż
jedną osobę?


observer [Fig. 4A, red bar; t(13) = 0.18, p = 0.85, benefit. However, the results do not address the

Downloaded from www.sciencemag.o
his prediction using the paired t test], as predicted by the BF model. More question of whether communication alone, with-
Wyniki Bahramiego
ment 1, modified so that
t allowed to communi-
important, dyad sensitivity was significantly lower
than the upper bound predicted by the WCS model
out feedback, is sufficient for achieving collabo-
ration benefit. Could dyads achieve any group
benefit at all without ever receiving any objective
feedback about the accuracy of their decisions?
This is an important question, because feedback
is not formally incorporated in the confidence-
sharing model (9). Taking this model seriously
at face value, one maymax(s1 , s2 ) counter-
make the extremely
p
q1 + s2 )/ 2
(s
intuitive assumption that, as long as accurate com-
munication of confidence is ensured, dyad benefit
2 + s2
can still be achieved without any feedback (that
sknowledge of decision
is, without any definitive 1 2
outcomes).
In experiment 4, we removed the feedback
stage of the task to test this prediction (9): After
the joint decision was made (either automatically
nt
no communication
in the agreement trials or after interaction in the
1. (A) Experimental paradigm. Each trial consisted of two observation intervals. In each interval,the participants were not
pe disagreement trials),
tically oriented Gabor patches were displayed equidistantly around an imaginary circle (duration: All other aspects of the
al told the correct answer.
). => Best Decides
n- In either the first or second interval, there was one oddball target that had slightly higher contrast
experiment were identical to experiment 1. Con-
nd of the others (in this example, upper-left target in interval 1). (B) Two example psychometric
all sistent with our prediction, even without feed-
ne
ons and the group average in experiment 1. The proportion of trials in which the dyads nevertheless achieved a significant
back, the oddball was
ds to be in the second interval is plotted against the contrast difference at thecollaboration benefit [Fig. 4A, blue bar; t(10) =
ed oddball location (i.e.,
st no feedback
ad in the second interval minus contrast in the first). A highly sensitive observer would0.022, paired t test], and dyad sen-
2.68, p = produce a
ellrising psychometric function with a large slope. Blue circles, performance of the less sensitive
y sitivity was statistically indistinguishable from
er.
he => (still) WCS
ver (smin) of the dyad; red squares, performance of the more sensitive observerprediction ofblackconfidence sharing model
the (smax); and the
nds, performance of the dyad (sdyad). The blue and red dashed curves are the best fitblueabar; t(10) = 1.16, p = 0.27, paired
[Fig. 4B, to cumu-
nd
Gaussian function (9); the solid black curve is the prediction of the WCS. N = 15 dyads. (C)These findings indicate that objective
e- t test]. Predictions of
nt. models (see Eqs. 1 to 4). The x axis shows the ratio of individual sensitivities (smin/smax),was not necessary, and communica-
ur feedback with values
to corresponding to dyad members with similar sensitivities and values near zero alone was sufficient forRees, Frith Science, 2010
ne Bahrami, Olsen,dyad members
tion to Latham, Roepstorff, achieving collective

Dlaczego musimy modelować
w populacjach?
Rozróżnianie bodźców, agregacja informacji - nawet tej
najprostszej, tj. percepcyjnej - jest zależna jeśli percepcja i
przyporządkowanie, kategoryzacja bodźca jest dokonywana
przez więcej niż jedną osobę,

a więc potrzebujemy: populacji!

czyli: modelowania wielo-agentowego, gdzie integracja
informacji, opis rzeczywistości dokonuje się w grupie, w sposób
rozproszony.

Percepcja kolorów

Proces kategoryzacji
semantycznej pojęć w przestrzeni
barw - analiza danych światowych
i modelowanie populacyjne

Trzy koncepcje języka

Natywizm Chomsky &Fodor

Struktura - ogólny konstrukt - języka jest wrodzona. Zbiór
kategorii językowych - zarówno pojęć jak i gramatyk jest
współdzielony przez wszystkich ludzi od urodzenia. Uczenie się
języka polega na wypełnianiu aktualnymi formami językowymi
struktur uprzednio istniejących

Przejmujemy od otaczających nas ludzi strukturę języka.


Empirycyzm

Mechanizm nabywania języka jest współdzielony przez
społeczności, jednak samo kształtowanie się jego struktur jest
odbiciem otaczającej nas rzeczywistości. Funkcjonalizm.

Kulturalizm

Poza językotwórczm oddziaływaniem środowiska silny wpływ
na strukurę języka i zbiór pojęć ma konsensus kulturowy.
Przejmujemy od otaczających nas ludzi strukturę języka.

nd Roberts (1956), consisting of 320 Munsell chips of 40 equally spaced hues and eight levels of lightness (Value) at
aximum saturation (Chroma) for each (Hue, Value) pair, was supplemented by nine Munsell achromatic chips (black through

Pomiary World Color Survey (WCS)
ay to white) – the resulting stimulus array is shown in Figure 1a2. First, without the stimulus array present, the major color
rms of the collaborator’s native language were elicited by questioning that was designed to find the smallest number of
mple words with which the speaker could name any color (basic color terms)3. Once this set of basic color terms was
tablished, the collaborator was asked to perform two tasks. In the naming task the stimulus array was placed before the
eaker and for each color term t, a piece of clear acetate was placed over the stimulus board and the collaborator was asked to
dicate, with a grease pencil on the acetate sheet, all the chips that he or she could call t. In the focus task the stimulus array
as shown as before and the collaborator was asked to indicate the best example(s) of t for each basic color term t. The
World Color Survey, Berlin & Kay 1969
oundaries of categories showed great variability, perhaps because of the vagueness of the instruction of the naming task:
Basic Color Terms: Their Universality and Evolution. Berkeley
obably some subjects took the instruction to call for all the chips that were more t than anything else, while others appear to
ave taken it to call for all chips in which any trace of t was visible.4 The focal choices of the B&K subjects were much more
and Los Angeles. University of California Press, 1969.
ustered and led to the conclusion that
Badano przyporządkowanie nazwy do pól palety Munsella
wykorzystano przestrzeńterms ofcategories become encodeddrawn history set aofgiven language
... [1] the referents for the basic color
barw CIE L*a*bto be in the from a of eleven
universal perceptual categories, and [2] these
all languages appear

zbadano 110 niepiśmiennych kultur z całego świata
in a partially fixed order (Berlin and Kay 1969: 4f).5

Berlin & Kay, 1969
Figure 1a. The WCS stimulus array.

Analiza danych zebranych przez
badaczy z Berkeley

1" 1" 1"
0.9" 0.9" 0.9"
Udział"mody"
0.8"
0.7"
0.8"
0.7"
0.8"
0.7"
0.6" 0.6" 0.6"
0.5" 0.5" 0.5"
0.4" Odch."stand." 0.4" 0.4"
0.3" 0.3" 0.3"
0.2" 0.2" 0.2"
0.1" 0.1" 0.1"
0" 0" 0"
Zielony" Żółty" Czerwony" Niebieski" Zielony" Żółty" Czerwony" Niebieski" Zielony" Żółty" Czerwony" Niebieski"

Berlin & Kay, 1969

Yaminahua

107 1 fiso FI
107 2 oxo OX
107 3 oshin OS
107 4 chaxta CH
107 5 dada DA

Berlin & Kay, 1969

World Color Survey (WCS)

pokazano hierarchiczność w słownikach pomiędzy
poszczególnymi językami,
argumentacja na rzecz koncepcji uniwersalistycznej

All languages contain terms for black and white.
If a language contains three terms, then it also contains a term for red.
If a language contains four terms, then it also contains a term for either
green or yellow (but not both).
If a language contains five terms, then it contains terms for both green and
yellow.
If a language contains six terms, then it also contains a term for blue.
If a language contains seven terms, then it also contains a term for brown.
If a language contains eight or more terms, then it contains a term for
purple, pink, orange, and/or grey.

Berlin & Kay, 1969


Czy środowisko zewnętrzne wpływa na proces
kategoryzacji ?

Generalnie nie, ale ….

możliwe subtelne efekty

Czy jest związek pomiędzy nazewnictwem kolorów w danym
języku, a natężeniem kolorów na zdjęciach przedstawiających
dane środowisko* ?

* - uogólnione do jednego z 13 biomów

Uniwersalizm
A B Chromatic Achromatic
RED GREEN YELLOW/ORANGE BLUE WHITE GRAY BLACK

PINK PURPLE BROWN GRUE
Motywy: wykonano klastrowanie badanych osób (k-means)
(VI)
GBP (VI)
C
(V)

(?)
Grue (IV) [IVb]

(IVb)

[IIIa?]
Gray [IIIa?]

[IIIb?]

Dark (II) (IV)

K=1 2 3 4 5 6 7 8 9
Fig. 1. Glossary and motifs in the WCS. (A) The WCS color chart, arranged according to Munsell hue (horizontal) and value (vertical), with 10 neutral samples
(leftmost column). (B) Concordance maps of the 11 color terms, in false color, with the color terms used in this paper. (C) Concordance maps of the color-naming
systems (motifs). Columns indicate solutions for K clusters (K ϭ 1 is the whole dataset). Titles are motif names. Roman numerals indicate corresponding stages
from Berlin and Kay (parentheses) or Kay and Mafﬁ (brackets). At K ϭ 4 (concordance maps enlarged for clarity), 614 informants used the Green/Blue motif, 1,063
used the Grue motif, 313 used the Gray motif, and 377 informants used the Dark motif. Lindsey, Brown. PNAS, 2009

Uniwersalizm

Motywy w nazewnictwie kolorów grupują osoby z różnych,
niespokrewnionych grup językowych.

W większości języków istnieją podstawowe motywy
nazewnictwa kolorów GBP, Grue, Grey, Dark.
Dark Gray Grue GBP Excluded
1-5 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 101 106

43. Gunu, Cameroon 86. Shipibo, Peru 88. Slavé, Canada 103. Walpiri, Australia
Lindsey, Brown. PNAS, 2009

Modelowanie

Powstawania kategorii w przestrzeni barw i przypisania nazwy
do danej kategorii.

Spektrum oraz intesywność barw prezentowana jest poprzez
1269 (lub 330) kostek Munsella

transformacja bodźca S(λ) ➡ {L,a,b}

jednostki centrujące (reactive units)

N 2
1 ⎛ xi − mij ⎞
− ∑
2 i=1 ⎜ σ ⎟
⎝ ⎠
z j (x) = e

Luc Steels, Tony Belpaeme. Behavioral and Brain Sciences, 2005

Kategoryzacja bodźca percepcyjnego

kategoria koloru jest zdefiniowana przez sieć adaptacyjną
J
yk (x) = ∑ w j z j (x)
j =1

perceptrony poznawcze

każdy agent posiada zbiór kategorii i wybiera kategorię
najmocniej odpowiadającą na bodziec - argmax(y(x)) w trakcie
gry w dyskryminację.


Gra w dyskryminację

opisuje funkcjonalizm środowiskowy

algorytm:

prezentacja kontekstu O = {o1,…,oN} wraz z próbką
wyróżnioną.
wybór najsilniej odpowiadającej kategorii CS0= argmax(yc)

sukces dyskryminacyjny jeśli:
istnieje kategoria zwracająca najwyższą wartość dla próbki
wyróżnionej (jeśli nie - modyfikacja kategorii)
żadna inna próbka w kontekście nie ma równie wysokiego wyniku


Gra w zgadywanie

proces uzgadniania przestrzeni nazw w populacji
opisuje wpływ wpływ kulturowy i środowiskowy,
występują: mówca i słuchacz

algorytm:

prezentacja kontekstu O = {o1,…,oN} mówcy i słuchaczowi
prezentacja próbki wyróżnionej mówcy

mówca gra w grę dyskryminacyjną - jeśli gra odnosi sukces -
kontynuacja, w innym przypadku gra w zgadywanie jest
przerywana
w przypadku sukcesu wybrana zostaje kategoria zwycięska Cs


Statystyka opisująca semiologię

stopień uwspólnienia pojęć w populacji
communicative success [zielony]
zdolność do klasyfikacji każdego z podanych kolorów
discriminative success [niebieski]
ilość powstałych kategorii w populacji


Triada semiotyczna
concept

method

object symbol
Triada semiotyczna wiąże symbol, obiekt, oraz znaczenie
który można przyporządkować do obiektu. Metoda jest z kolei
procedurą, która umożliwia zdecydowanie czy znaczenie
pasuje do obiektu, czy też nie.
Czasami, metoda jest ograniczeniem użycia symbolu do
obiektów, z którymi jest związana. L. Steels

Triada semiotyczna
concept

method

object symbol
Metoda ogranicza użycie symbolu do obiektów z którymi jest
on związany: np. jako klasyfikator, percept, wzorzec czy proces
rozpoznania który operując na danych sensoryczno-
motorycznych decyduje czy obiekt pasuje do konceptu.
Jeśli możemy zdefiniować taką metodę, mówimy, że symbol
jest ucieleśniony dzięki procesowi percepcji. L. Steels

Relacje semantyczne
concept
concept concept

method
method method

object symbol
object symbol object symbol
Relacje Semantyczne umożliwiają przemieszczanie się i nawigację
między znaczeniami, obiektami i symbolami:
objekty występują w kontekście (przestrzennych lub czasowych
relacjach)
symbole współwystępują z innymi symbolami
znaczenia mogą mieć relacje semantyczne między sobą
metody także mogą być powiązane L. Steels

concept
Sieci semiotyczne
concept method concept

method method

object symbol

object symbol object symbol
Sieć semiotyczna jest zbiorem połączeń między obiektami,
symbolami, znaczeniami, oraz implementacjami, tj. metodami.
Każda osoba tworzy i podtrzymuje taką sieć, która jest
modyfikowana, rozszerzana, reorganizowana za każdym razem
kiedy osoba myśli, poznaje, oddziałuje ze światem zewnętrznym i
innymi osobami. L. Steels

Komunikacja i adaptacja

Osoby nawigują przez sieci semiotyczne w celu osiągnięcia
sukcesu w komunikacji.
Podróżowanie przez symbole w celu konceptualizacji sytuacji w
której znajduje się podmiot.
Mówiący i słuchający muszą dostosować się, uliniowić ich
systemy komunikacyjne na wszystkich poziomach w trakcie
każdego aktu komunikacji między nimi.
Ciągła i postępująca adaptacja sieci semiotycznych.
Krajobraz semiotyczny: zbiór wszystkich sieci semiotycznych w
całej populacji oddziałujących między sobą osób, lub agentów.

“When a speaker wants to draw the attention of an addressee to an object, he can
use a concept whose method applies to the object, then choose the symbol
associated with this concept and render it in speech or some other medium. The
listener gets the symbol, uses his own vocabulary to retrieve the concept and hence
the method, and applies the method to decide which object might be intended.” L. Steels

Symbol ugruntowany

Searle (1980): Czy robot będzie mógł radzić sobie z ucieleśnionymi pojęciami?
Posiadanie ciała, które wchodzi w relacje ze światem zewnętrznym, posiada
fizyczną strukturę, zmysły i aktuatory, przetwarza dochodzące do niego sygnały,
rozpoznaje wzorce - to wszystko łączy rzeczywistość ze światem symboli.
”Is it possible to build an artificial system that has a body, sensors and actuators, signal and image
processing and pattern recognition process, and information structures to store and use semiotic
networks, and uses all that for communicating about the world or representing information about the
world?” Searle, 1980

Reprezentacje i znaczenia

Ludzki świat reprezentacji jest bogaty, służy wielu celom jednocześnie.
Jak interpretować, mapować znaczenia, na które wskazują
reprezentacje?

”Meaning and representation are different things. We need a task, an environment, and an
interaction between the agent and the environment which works towards an achievement
of the task in order to see the emergence of meaning.”
L. Steels

Symbol
•  Inteligencja szachisty •  Inteligencja karalucha
–  Umysł: system symboli –  Dynamiczne dostrojenie do
–  Poziom wyjaśniania: świata zewnętrznego
abstrakcyjne struktury
umysłowe jednostki
–  Non-Reprezentacjonalizm
–  Nauka o koordynacji
–  Potrzeba (paląca) •  W oparciu o
ugruntowania symboli synergetykę

•  Struktury skoordynowane:
wewnątrz/między
jednostkami

41
J. Rączaszek-Leonardii

symbol i dynamika
• Wiele teorii lata 50. i 60.: teorie informacji w
biologii:
– Von Neumann, Polanyi, Turing (?)
– Howard Pattee
• Konieczność symbolu: przekazywalnej struktury,
która ma kontrolującą funkcję w stosunku do
dynamiki
– Von Neumann’66: adaptacyjny wzrost złożoności jest
niemożliwy bez samo-opisu (samo-rekonstrukcja)
– Pattee: Procesy kontroli i pomiaru wymagają „czegoś
innego” niż opis w terminach praw fizycznych 42

Co dalej? Niels Bohr

Predicting is very
difﬁcult especially about
the future…

Wyklad habilitacyjny: percepcja i pojecia

Recommended

Recommended

More Related Content

Featured

Featured (20)

Wyklad habilitacyjny: percepcja i pojecia

Editor's Notes