Кіріспе

Когнитивтік ғылымдарға қатысты көзқарас. Коннективизм (Эдвард Торндайк 1930 жылдары енгізген) – коннективистік желілер немесе жасанды нейрондық желілер деп аталатын математикалық модельдерді пайдалана отырып, адамның психикалық процестері мен танымдық қабілеттерін зерттеуге бағытталған тәсіл. Коннективизмнің бастапқы кезінен бері көптеген «толқындары» болды. Бірінші толқын 1943 жылы Уоррен Стержис Маккалок пен Уолтер Питтс нейрондық тізбектерді формальды және математикалық тұрғыдан түсінуге баса назар аударғанда пайда болды, ал Фрэнк Розенблатт 1958 жылы «Перцептрон: Мидағы ақпаратты сақтау және ұйымдастырудың ықтималдық моделі» атты кітабын «Психологиялық шолу» журналында жариялады (бұл кітапты ол Корнелл аэронавтикалық зертханасында жұмыс істеген кезінде жазған). Бірінші толқын 1969 жылы Марвин Мински мен Паперттың жазған «Перцептрон идеясының шектеулері» атты кітабымен аяқталды, бұл АҚШ-тағы ірі қаржыландыру агенттіктерінің коннективистік зерттеулерге инвестиция жасаудан бас тартуына әсер етті. Бірнеше ерекше жағдайларды ескере отырып, коннективистік зерттеулердің көп бөлігі 1980 жылдардың ортасына дейін белсенділіктен тоқтады. «Коннексионистік модель» термині 1980 жылдардың басында Жером Фельдман мен Дана Баллардтың «Когнитивтік ғылымдар» мақаласында қайтадан қолданысқа енгізілді. Екінші толқын 1980 жылдардың соңында Джеймс Л. МакКлелланд, Дэвид Э. Румельхарт және т.б. жазған «Параллельді таратылған өңдеу» (1987) кітабынан кейін дамыды. Бұл кітап қарапайым перцептрон идеясына бірнеше жақсартулар енгізді, мысалы, кіріс және шығыс бірліктерімен қатар аралық процессорлар (қазір «жасырын қабаттар» деп аталады) және бұрынғы «барлығы немесе ештеңе жоқ» функциясының орнына сигмоидтық белсендіру функциясы қолданылды. Олардың жұмысы, өз кезегінде, сигмоидтық белсендіру функцияларының математикалық қасиеттерін зерттеген Джон Хопфилдтің еңбектеріне негізделген. Теренс Хорган мен Тиенсон коннективизмнің психология және ГОФАИ-дегі фундаментальды өзгерісті білдіретінін сұрады. Екінші толқындық коннективистік тәсілдің кейбір кемшіліктеріне АНН-нің ақпаратты қалай өңдейтінін түсіндірудегі қиындықтар, ақыл-ойлық репрезентациялардың құрамына қатысты мәселелер және осыған байланысты жоғары деңгейдегі құбылыстарды түсіндірудегі қиындықтар жатты. Қазіргі (үшінші) толқын Deep Learning-тегі жетістіктермен ерекшеленеді, бұл үлкен тілдік модельдерді құруға мүмкіндік берді.

Биологиялық реализм

Жалпы, коннективистік жұмыс биологиялық тұрғыдан нақты болуы міндетті емес. Коннексионисттік модельдердің биологиялық тұрғыдан сенімсіз деп саналатын бір саласы – оқытуды қолдау үшін қажетті қателік тарату желілеріне қатысты, бірақ қателік тарату бас терісінде байқалатын, N400 және P600 сияқты оқиғаға байланысты потенциалдардағы биологиялық электрлік белсенділіктің кейбір аспектілерін түсіндіре алады, бұл коннексионисттік оқыту процедураларының маңызды болжамдарының бірін биологиялық тұрғыдан қолдайды. Көптеген рекуррентті коннексионисттік модельдер динамикалық жүйелер теориясын да қамтиды. Көптеген зерттеушілер, мысалы коннективист Пол Смоленский, коннексионисттік модельдер толық үздіксіз, жоғары өлшемді, сызықтық емес және динамикалық жүйелерге негізделген тәсілдерге қарай дамиды деп санайды.

Алдын ала өнімдер

Коннексионисттік принциптердің бастауларын психологияның ерте жұмыстарына, мысалы Уильям Джеймстің еңбектеріне дейін табуға болады. Адам миы туралы білімге негізделген психологиялық теориялар 19 ғасырдың соңында кең таралды. 1869 жылы невролог Джон Хьюлингс Джексон көп деңгейлі, таратылған жүйелерді қолдады. Осыған орай, Герберт Спенсердің "Психология қағидалары", 3-басылым (1872) және Зигмунд Фрейдтің "Ғылыми психология жобасы" (1895 жылы жазылған) коннексионисттік немесе протоконнексионисттік теорияларды ұсынды. Бұл теориялар көбінесе болжамдық сипатта болды. Бірақ 20 ғасырдың басында Эдвард Торндайк коннексионисттік типтегі желілерді зерттейтін тәжірибелер жүргізді. Хопфилд желілерінің алдын-ала жасаушылары Вильгельм Ленцтің (1920) және Эрнст Изингтің (1925) Изинг моделі болды, бірақ олар жасаған Изинг моделі уақытты қамтымады. Изинг моделінің Монте-Карло симуляциясы 1950 жылдары компьютерлердің пайда болуын қажет етті.

Бірінші толқын

Бірінші толқын 1943 жылы Уоррен Стержис Маккалуч пен Уолтер Питтс екеуі де формальды және математикалық тәсіл арқылы нейрондық тізбектерді түсінуге ұмтылды. Бұл идея 1952 жылы кітап түрінде жарық көрді. Фрэнк Розенблатт 1958 жылы «Перцептрон: Ақпаратты сақтау және ұйымдастырудың ықтималдық моделі» атты мақаласын «Психологиялық шолу» журналында жариялады, ол Перцептрон машиналарын ұсынды және жасады. Ол Корнелл авиациялық зертханасында жұмыс істеген кезде бұл жұмысты жасады және Хебб, Хайек, Уттли және Эшбиді негізгі ықпал етушілер ретінде атады. 1960-шы жылдары лингвист Сидней Лэмб реляциялық желілік құрылымды, коннексионистік модельдің тағы бір түрін жасады. Видроу басқарған зерттеу тобы екі қабатты ADALINE желілерін оқыту әдістерін эмпирикалық түрде іздестірді, бірақ нәтижелері шектеулі болды. Алексей Григорьевич Ивахненко мен Валентин Лапа 1965 жылы көп қабатты перцептрондарды оқыту әдісін жариялады, ол «Деректерді өңдеудің топтық әдісі» деп аталды. Бұл әдіс регрессиялық талдау негізінде қабаттар бойынша кезеңдік оқытуды қолданады, онда жасырын қабаттардағы пайдасыз элементтер валидациялық жиынмен кесіледі. 1972 жылы Шуничи Амари бұл архитектураны бейімдейтін болды. 1967 жылы Шуничи Амари осы туралы жариялады, себебі олар символдарды манипуляциялау тапсырмаларын орындауға қабілетті болуы керек. Символдарды манипуляциялау және коннексионистік архитектураларды біріктіретін бірнеше когнитивтік модельдер ұсынылды. Олардың арасында Пол Смоленскийдің Біріктірілген коннексионистік/символикалық когнитивтік архитектурасы (ICS) және Рон Сунның CLARION (когнитивтік архитектурасы) бар. Бірақ пікірталас осы символдарды манипуляциялаудың жалпы танымның негізін құрай ма, жоқ па деген мәселеге байланысты болды, сондықтан бұл есептеушіліктің дұрыстығын растамайды. Дегенмен, есептеулік сипаттамалар логика танымның жоғары деңгейлі сипаттамалары болуы мүмкін. Пікірталас негізінен осы типтегі ойлауда байқалатын синтаксистік құрылымды коннексионистік желілер шығара ала ма, жоқ па деген логикалық аргументтерге негізделді. Бұл кейінірек, стандартты коннексионистік модельдерде қабылданғаннан тыс, жылдам айнымалы байланысу қабілеттерін пайдалану арқылы қол жеткізілді. Есептеулік сипаттамалардың тартымдылығы оларды түсіндірудің салыстырмалы түрде оңай екендігінде, сондықтан оларды белгілі бір психикалық процестерді түсінуге үлес қосатын ретінде қарастыруға болады, ал коннексионистік модельдер көбінесе өте жалпы терминдерде ғана сипатталуы мүмкін (мысалы, оқу алгоритмін, бірліктер санын және т.б. көрсету арқылы) немесе өте төмен деңгейде. Осы мағынада, коннексионистік модельдер үлгіленген белгілі бір процестің пайдалы теориясын ұсынбай, танымның кең теориясын (яғни, коннексионизмді) жүзеге асырып, дәлелдей алады. Осы тұрғыдан алғанда, пікірталас белгілі бір теориялардың құрастырылуындағы талдау деңгейінің айырмашылығын көрсететіндей болуы мүмкін. Кейбір зерттеушілер талдаудың олқылығы коннексионистік механизмдердің пайда болатын құбылыстарға әкелуінің салдары екенін, оларды есептеулік терминдерде сипаттауға болатынын болжайды. 2000-шы жылдары ақыл-ой философиясындағы динамикалық жүйелердің танымалдылығы пікірталасқа жаңа перспектива қосты; кейбір авторлар қазір коннексионизм мен есептеушіліктің арасындағы кез келген ажырым есептеушілік пен динамикалық жүйелердің ажырымы ретінде анықталатынын айтады. 2014 жылы DeepMind компаниясының Алекс Грейвс және басқалары «Нейрондық Тюринг машинасы» деп аталатын жаңа терең нейрондық желі құрылымын сипаттайтын бірнеше мақала жариялады, ол лентадағы символдарды оқи алады және оларды жадқа сақтай алады. DeepMind жариялаған тағы бір терең желі модулі – Реляциялық желілер, объектілерге ұқсас бейнелеулерді құра алады және күрделі сұрақтарға жауап беру үшін оларды манипуляциялай алады. Реляциялық желілер мен Нейрондық Тюринг машиналары коннексионизм мен есептеушіліктің қарама-қайшы емес екеніне қосымша дәлел болып табылады.

Символизм мен байланыстық пікір таласы

Смоленскийдің субсимволикалық парадигмасы қазіргі заманғы коннективизмде танымның сенімді теориясы үшін классикалық символдар теориясы тұжырымдаған Фёдор Пылышиннің шақыруына жауап беруі керек. Танымның баламалы теориясы болу үшін Смоленскийдің субсимволикалық парадигмасы тіл танымдағы жүйелілік немесе жүйелі қатынастардың бар екенін, танымдық процестердің психикалық бейнелеулердің классикалық құраушы құрылымына себептік сезімталдығын жоққа шығара отырып, түсіндіруі тиіс. Субсимволикалық парадигма немесе жалпы коннективизм классикалық танымдық архитектураны іске асырумен ғана шектеліп, жүйелілік пен композициялылықтың болуын түсіндіруі керек. Бұл шақыру дилемманы білдіреді: егер субсимволикалық парадигма психикалық бейнелеулердің жүйелілігі мен композициясына ешқандай үлес қоса алмаса, ол танымның баламалы теориясының негізі ретінде жеткіліксіз болар еді. Дегенмен, егер субсимволикалық парадигманың жүйелілікке қосқан үлесі психикалық бейнелеулердің классикалық құраушы құрылымына негізделген психикалық процестерді қажет етсе, онда ол дамытатын таным теориясы, ең жақсы жағдайда, символдар теориясының классикалық моделінің іске асырылу архитектурасы болады және осылайша нағыз балама (коннективистік) таным теориясы емес. Символизмнің классикалық моделі (1) ақыл-ой бейнелерінің комбинаторлық синтаксисі мен семантикасы және (2) ақыл-ой операциялары, ақыл-ой бейнелерінің синтаксистік және семантикалық құраушы құрылымының негізгі принципіне негізделген, Фодордың "Ойлау тілі (LOT)" еңбектерінде қолданылған ақыл-ой бейнелерінің құрылымы ретінде сипатталады. Бұл адам танымның келесі тығыз байланысты қасиеттерін, атап айтқанда оның (1) өнімділігін, (2) жүйелілігін, (3) композициялылығын және (4) тұжырымдамалық үйлесімділігін түсіндіру үшін пайдаланылуы мүмкін. Бұл шақыру қазіргі заманғы коннективизмде, мысалы, Смоленскийдің "Интегралды коннективистік/символдық (ICS) танымдық архитектурасымен" ғана емес, сонымен қатар Вернинг пен Майдың "Осцилляциялық желілерімен" кездесті. Бұл туралы, мысалы, Bechtel & Abrahamsen, Marcus және Maurer баяндады.