ACT-R

Adaptiv kontrol af tanke-rationel (ACT-R; JR Anderson & C. Lebiere, 1998) er en af Adaptive Control of Thought resulterende kognitiv arkitektur .

Den velkendte kognitive psykolog John R. Anderson (født 27. august 1947 i Vancouver) spillede en nøglerolle i udviklingen . Oprindelsen til kognitive arkitekturer ligger blandt andet. i kognitiv psykologi. De repræsenterer computerstøttede modeller, der bruges til at modellere menneskelige kognitive processer (hukommelse, sprog, opfattelse, problemløsning osv.), Til at evaluere psykologiske eksperimenter og teorier og simulere dem på computeren. Produktionssystemer er en grundlæggende komponent i de kognitive arkitekturer. Disse består af en deklarativ videnbase, fakta og en proceduremæssig hukommelse, reglerne.

Der er nu en række kognitive arkitekturer, herunder ACT-R (Adaptive Control of Thought-Rational), SOAR og 3CAPS , som alle er baseret på forskellige mål. Alle kognitive arkitekturer er baseret på en række empiriske resultater, for eksempel på behandlingstid. Forskellige vægt lægges på forskellige aspekter af menneskelig erkendelse .

Kognitive processer

Kognition er en generel betegnelse for alle former for viden. Kognition inkluderer både indhold og processer. Indholdet af kognition vedrører det, man ved - termer, fakta, udsagn, regler og hukommelsesindhold: "En hund er et pattedyr"; "Rødt lys betyder at stoppe"; "Jeg forlod hjemmet, da jeg var 18". Kognitive processer henviser til, hvordan du manipulerer dette mentale indhold - så du kan fortolke verden omkring dig og finde kreative løsninger til at håndtere livets dilemmaer. Oplysninger fra miljøet samles op og behandles med sanserne, og derefter kodes denne information til ord, symboler eller tegn og analyseres, fortolkes og sorteres gennem erfaring. Ud fra dette dannes konklusioner og vurderinger, der udløser målrettet adfærd.

Procedureel og erklærende hukommelse

ACT-R tilhører gruppen af produktionskontrolsystemer . Den skelner mellem erklærende og proceduremæssig hukommelse. Den deklarative hukommelse inkluderer den såkaldte faktiske viden, mens den processuelle hukommelse inkluderer viden om handlingsforløb. Filosofen Gilbert Ryle skelnede også i denne sammenhæng mellem begreberne at vide det og at vide hvordan . Sidstnævnte inkluderer viden om, hvordan individuelle handlinger udføres. Dette inkluderer for eksempel at vide, hvordan man cykler eller hvordan man klæder sig. Hvordan individuelle handlinger udføres, er ofte vanskeligt at formidle verbalt. Derudover er en person normalt ikke i stand til at udføre en handling perfekt, hvis han aldrig har gjort det før og kun modtager en mundtlig beskrivelse af handlingsforløbet. Instruktioner er derfor normalt utilstrækkelige til at tilegne sig procedureviden. Det skal læres gennem praksis. Handlingskurser kan dog automatiseres gennem træning.

Deklarativ viden lagres i ACT-R i form af såkaldte bidder . Procedurel viden er derimod repræsenteret i form af produktioner . Dette er regler, der bruges til at behandle klumperne. For at køre på cykel, for eksempel, skal der være en regel, der beskriver præcis, hvordan den cyklus af handling skal finde sted. På den anden side skal der også være faktuel viden (klumper), som disse regler kan anvendes på. For eksempel skal det være kendt, at et hjul er et transportmiddel, der generelt består af flere individuelle dele. Produktionsreglen specificerer derimod, hvilke af disse dele der skal betjenes på hvilken måde for at kunne bevæge sig på cyklen. Jo oftere du har kørt på en cykel (en del af den episodiske hukommelse), jo mere pålidelig er denne produktionsregel. Faktisk viden og produktionsregler er derfor ikke uafhængige af hinanden, men påvirker hinanden.

Arbejdshukommelsens rolle

Anderson (1993) antyder, at arbejdshukommelse har en indvirkning på hukommelse og hentning i informationssøgning. Han gennemførte et specifikt eksperiment: testpersonerne blev bedt om at huske en sekvens af cifret kombinationer, mens de løste en matematisk ligning. Du skal derefter gengive rækkefølgen af ​​cifre. De to betingelser (huske rækkefølgen af ​​tal og løse den matematiske ligning) øges i deres sværhedsgrad. Størrelsen på kombinationen af ​​tal, der skal huskes, og sværhedsgraden for den matematiske ligning manipuleres. Da vanskeligheden ved begge forhold øges, er der et markant fald i ydeevne i begge opgaver, som resultaterne af eksperimentet viser. De fleste fejl skyldes forkert hentning af oplysninger fra hukommelsen. ACT-R teorien antager nu, at der er en begrænset aktivering af ressourcer. Med den stigende sværhedsgrad er der meget lidt aktiveringspotentiale tilbage til hentning af den relevante information fra den deklarative hukommelse. Ukorrekt hentning af oplysningerne fra testpersonerne kunne betyde i ACT-R teorien, at der kun er en delvis justering af informationen i hukommelsen.

Klumper i ACT-R

Det antages, at vores hukommelse deler større mængder information i undergrupper (" klumper "), så disse kan repræsenteres "lettere" og dermed optager mindre lagringskapacitet i vores hukommelse .

Et stykke defineres af sin type og dets slots . Typen står for den kategori, hvor klumpen hører til. Slots svarer til attributterne for en kategori. Hver del har et unikt navn, som det kan henvises til. Styrken af ​​et stykke påvirker, hvor godt og hvor hurtigt det kan tilbagekaldes fra hukommelsen. Jo oftere visse stykker bruges, eller jo kortere den sidst blev brugt, jo stærkere er dette stykke. Disse bidder gemmes i deklarativ hukommelse. Produktionsregler, der bruges til at behandle klumperne, gemmes i den processuelle hukommelse. I ACT-R-tilgangen kodes stykker på deres eget sprog. Dette har ligheder med programmeringssprog som Java eller C ++. Oplysninger kan gemmes i denne form og også verbaliseres igen. Som en prototype ser stykker sådan ud:
(CHUNK type NAVN SLOT1 SLOT2 ... SLOTN)

Produktioner og produktionssystemer

Byggestenene til procedureviden er produktioner. Produktionerne har en betingelsesdel og en handlingsdel. I tilstandsdelen henvises til indholdet af arbejdshukommelsen. Hvis konstellationen formuleret i tilstandsdelen er i arbejdshukommelsen, udføres handlingsdelen.

Et system, der styrer anvendelsen af ​​produktioner kaldes et produktionssystem. Dataene, der aktuelt er i hovedhukommelsen, kan for eksempel være beskrivelsen af ​​en problemtilstand, og de lagrede regler kan være problemløsende operatører. Regelapplikationen styres af en tolk . Først bringes outputdata ind i hovedhukommelsen via et input-interface. Derefter anvendes regler på disse data i hovedhukommelsen, indtil enten ingen regel kan bruges længere, eller der anvendes en regel, hvis handling er en kommando til at stoppe behandlingen. De aktuelle data udsendes derefter som et resultat. Transformationen af ​​dataene gennem anvendelse af regler finder sted i den såkaldte match-select-apply-cyklus :

• Mønster sammenligning (match ): der søges efter alle produktionsregler, hvis tilstandsdel er kompatibel med dataene.
• Valg (vælg): en af ​​disse regler vælges i henhold til en foruddefineret konfliktløsningstrategi.
• Anvendelse (anvend): reglen anvendes på dataene i hukommelsen.

En regel bruges i hver cyklus, der ændrer dataene i hovedhukommelsen.

Reglerne skal defineres på forhånd af forskeren, modellereren, i henhold til en bestemt syntaks (baseret på LISP- programmeringssprog ). En anden del af den kognitive arkitektur ACT-R består af de såkaldte "buffere". Dette bruges til at modellere ressourcebegrænsningen i central sensorisk behandling. Det er et princip, at kun en " klump " nogensinde kan inkluderes i en buffer (for eksempel i den "visuelle buffer") .

I ACT-R implementeres Andersons nu relativt ubestridte teori om "Spreading Activation", hvor aktivering i deklarativ hukommelse kan spredes over lignende enheder af viden. Dette fænomen forklarer resultaterne i såkaldte "priming eksperimenter" ex. 'Perception Study' / 'Reading Comprehension Study' af Higgins, Rholes & Jones (1977). (Priming er en præaktivering af hukommelsesindhold gennem passende stimuli, der er associeret knyttet til et målindhold).

I modsætning til andre produktionskontrolsystemer, der generelt kontrasterer med forbindelsesmodeller ("netværk"), kan ACT-R falde tilbage på en læringsmekanisme, der er baseret på sandsynligheder .

Aktiveringsprocesser i ACT-R teorien

Den grundlæggende proces i henhold til ACT-R teorien ifølge Anderson er, at der genereres en "produktionsregel" i forhold til viden og ifølge denne findes en vis erklærende viden (forespørges) for at løse et specifikt problem kan. Hastigheden eller succesen med denne proces afhænger af, hvor høj aktiveringen af ​​de tilsvarende bidder er, og hvor stærk aktiveringen af ​​"produktionsreglen" er. Det er netop denne proces, der udgør den underliggende fluiditet i vores adfærd, vores præstationer. Selvfølgelig er det vanskeligt at finde en væske på baggrund af konstant aktiveret viden. For det første er det i mange situationer uacceptabelt at vise forkert og langsom opførsel eller ydeevne. For det andet kræver udviklingen af ​​avancerede kompetencer fluiditet / harmoni i opførelsen eller udførelsen af ​​de grundlæggende kompetencer. ACT-R-teorien er en matematisk baseret teori om, hvordan styrke og aktivering påvirker vores adfærd og i sidste ende vores præstationer.

I en første proces med parallel aktivering genkendes eller aktiveres klumper og produktioner med størst sandsynlighed for at være nødvendige i den givne sammenhæng, og disse videnstrukturer (klumper og produktioner) beslutter derefter om yderligere trin, hvor den aktiverede viden anvendes. Dette betyder, at viden stilles til rådighed og aktiveres afhængigt af sandsynligheden for, at det er nødvendigt i en bestemt sammenhæng.

Omfanget af aktivering kan udledes ved hjælp af Bayes 'sætning . Den grundlæggende antagelse er, at omfanget af aktivering kan beregnes ud fra den grundlæggende aktivering og den kontekstrelaterede priming. Med andre ord: aktivering = grundlæggende aktivering + kontekstuel priming. Hvis du sammenligner dette med Bayes 'sætning, så:

Aktivering = bageste sandsynlighed

Grundlæggende aktivering = a priori sandsynlighed

kontekstuel priming = sandsynlighedskvotient

Schooler (1993) viste, at den menneskelige hukommelse søger information baseret på Bayes 'teori og derefter stiller den krævede viden til rådighed som en funktion af efterfølgende sandsynlighed.

Ved hjælp af eksemplet med en klump i (se klumper i ACT-R), hvis aktivering er beskrevet som en funktion af de forskellige elementer, der er knyttet til det, og dets grundlæggende aktivering, er aktiveringsligningen for den aktuelle aktivering af klump i :

${\ displaystyle \ operatorname {A_ {i}} = {B_ {i}} + \ sum _ {} {W_ {j}} * S_ {ij}.}$

${\ displaystyle \ operatorname {B_ {i}}}$...... grundlæggende aktivering af Chunk i

${\ displaystyle \ operatorname {W_ {j}}}$..... vægtning af den kontekstuelle del j

${\ displaystyle \ operatorname {S} _ {ij}}$..... styrken af ​​sammenhængen mellem klump i og j

Viden generation

Nye bidder kan opstå, når produktioner anvendes. Produktioner oprettes dog ved kodning af bidder. For at undgå teori om cirkularitet blev en anden uafhængig kilde til oprettelse af bidder defineret i ACT-R. Denne kilde er miljøet. Det visuelle opfattelsessystem, der er ansvarligt for kodning af information, spiller her en vigtig rolle. Det antages, at det, der visuelt opfattes, ikke gemmes som en helhed, men opdelt i individuelle objekter. De specifikke egenskaber for hvert objekt gemmes også. Imidlertid er ikke alle opfattede oplysninger kodet og lagret, kun det, der er i centrum af interesse. Opmærksomhedsprocesser er også vigtige, når man genkender det, der allerede er gemt. Egenskaber ved individuelle objekter kan kun genkendes som hele objektet, hvis opmærksomheden rettes mod dem. Der produceres også produktioner under hensyntagen til miljøet. Det antages, at problemløsning finder sted ved at lede efter eksisterende løsninger fra andre sammenhænge og anvende dem til at løse ens eget problem. Problemløsning finder således sted gennem analogibygning.

ACT-R og visuel opmærksomhed

For at anvende ACT-R-modellen på visuelle stimuli, Anderson et al. (1997) genererede et modul til visuel opmærksomhed. Det handler om, hvordan ACT-R finder og udtrækker information fra ikonisk hukommelse (se illustration). Informationen eller de visuelle elementer, der er gemt i den ikoniske hukommelse, består af (visuelle) funktioner, og ACT-R kan henlede opmærksomheden på bestemt indhold i denne mellemhukommelse. Ved hjælp af opmærksomhed dannes der en del af disse funktioner, som ACT-R kan arbejde med.

Der er tre typer information, ACT-R kan bruge til at tiltrække opmærksomhed:

(a) bestemte steder og retninger

b) visse egenskaber og

(c) Objekter, der endnu ikke har fået opmærksomhed.

historie

ACT-R er grundlaget for mange teorier om modeller for menneskelig erkendelse. ACT-R har sine rødder i begyndelsen af ​​1980'erne i HAM-modellen (Human Associative Memory), som er en hukommelsesmodel og blev postuleret i 1973 af John R. Anderson og Gordon Bower. Denne model blev senere udviklet til den første ACT-model (Adaptive Control of Thought). ACT blev oprindeligt kaldt "Active Control of Thought" og var en teori til forklaring af kognitiv ydeevne hos mennesker. På den ene side vil det forklare, hvordan folk strukturerer deres viden, og på den anden side, hvorfor folk er i stand til at vise intelligent adfærd. Andersons teori har også sin oprindelse i forskning i kunstig intelligens. Ifølge Anderson siger navnet "homo sapiens" allerede noget om det faktum, at mennesker har deres egen "intelligens", som ikke kan findes i andre arter. For at teste forståelsen af ​​menneskelig intelligens udviklede han blandt andet computere, der uafhængigt kan skrive rekursive programmer. Dette er beregnet til at give kognitiv videnskab og kunstig intelligensforskning en model, der muliggør computersimuleringer af en persons intellektuelle præstationer. I ACT-modellen blev proceduremæssig hukommelse inkluderet i teorien for første gang. Denne første teori blev senere udviklet til ACT-R-modellen for menneskelig erkendelse.

I slutningen af ​​1980'erne udviklede Anderson en matematisk model til erkendelse, som han kaldte rationel analyse. Den grundlæggende antagelse af denne teori er, at kognition er optimalt tilpasningsdygtig, og at de nøjagtige vurderinger af kognitive funktioner afspejler de statistiske sandsynligheder fra miljøet. Denne teori blev senere inkorporeret i ACT-R teorien til underliggende beregninger. Derfor "-R" i teoriens navn, som står for "Rational".

I 1998 postulerede John R. Anderson en videreudvikling af modellen, ACT-R-5.0-modellen. Anderson gjorde en dybtgående undersøgelse af de underliggende processer i den menneskelige hjerne og brugte hjernedannelsesmetoder til at lære mere om dem. Behovet for at lokalisere de underliggende processer førte til en videreudvikling af modellen, som blev præsenteret i 2005 som ACT-R 6.0. Kodningssproget i denne model er også blevet forbedret betydeligt. ACT-R 7.0 fulgte i 2015, men medførte kun små ændringer. Den lange udvikling af ACT-R-modellen førte til adskillige lignende studier og projekter. Den vigtigste af disse er PUPS-produktionsmodellen og ACT-RN-modellen.

Anvendelser af ACT-R-modellen

ACT-R bruges nu i mange forskellige aktivitetsområder. Almindelig software baseret på ACT-R er "ACT-R 6" og "Cogtool". Denne software kan bruges til at oprette prototypiske brugergrænseflader (UI) med det formål at forudsige brugernes adfærd. Dette gøres på baggrund af ACT-R-modellen. CogTool simulerer menneskers kognitive, perceptuelle og motoriske opførsel, når de beskæftiger sig med den genererede prototype under behandlingen af ​​bestemte specificerede opgaver.

En modificeret model af ACT-R (ACT-R / PM) spiller en rolle i forudsigelsen af, hvor meget tid der er brug for til at fuldføre en opgave, især i interaktion mellem mennesker og mennesker (HCI). Desuden bruges ACT-R-modellen til at beskrive, hvordan folk kan lære eller styre kognitive opgaver. Det har også en ordinerende karakter, dvs. H. det hjælper med at designe selvstudieprogrammer ved at modellere læringsprocesser. Disse "tutorials" hjælper brugerne med at bruge computerprogrammer eller andre kognitive færdigheder.

F.eks. Bruges ACT-R-modellen i øjeblikket med succes i skoler, hvor den kan hjælpe eleverne med at lære matematiske problemer.

ACT-R-modellen bruges med succes ikke kun i matematik, men også i sproglig forskning til at dechiffrere aspekter af modersmålet med hensyn til forståelse og produktion.

Ved undersøgelse af neuronale mekanismer i hjernen blev ACT-R-modellen brugt til at forudsige mønstre for hjerneaktivering. Det blev fundet, at fire moduler af ACT-R er forbundet med fire hjerneområder, der er aktive under kompleks opgavestyring. På den ene side blev der fundet aktivitet i f.eks. Laterale ringere præfrontale regioner, som kan sidestilles med hentning af information fra deklarativ hukommelse. Desuden afspejles aktiviteten i caudatkernen i udøvende handlinger af proceduremæssig hukommelse.

Weblinks

• ACT-R-webstedet
• Kognitiv modellering (PDF; 419 kB)
• Teorier i computer menneskelig interaktion - TiChi
• Mental aritmetik set fra ACT-R teoriens synspunkt (PDF; 73 kB)

Individuelle beviser

1. ↑ Anderson, JR, Bothell, D., Byrne, MD, Douglass, S., Lebiere, C., & Qin, Y. (2004). En integreret sindsteori. Psychological Review, 111, 1036-1060.
2. ↑ ^{a b} Gerrig, R., & Zimbardo, P. (2008). Psykologi (18. udgave). München: Pearson-studier.
3. ↑ kognition . Leksikon online. Hentet 8. april 2014.
4. ↑ Oberauer, K., Mayr, U., & Kluwe, ER (2006). Hukommelse og viden. I H. Spada (red.), Textbook General Psychology (3. udgave, Pp. 115-195). Bern: Verlag Hans Huber.
5. ↑ Anderson, Reder, Lebiere (1996): Working Memory: Aktivering Begrænsninger på hentning. I: Kognitiv psykologi (30). 221-256.
6. ^ Sven Brüssow, Daniel Holt: Introduktion til kognitiv modellering med ACT-R (PDF) psychologie.uni-heidelberg.de. 24. oktober 2007. Hentet 8. april 2014.
7. ↑ ^{a b} Wolfgang Schoppek: Mental aritmetik set fra ACT - R teoriens (PDF) perspektiv uni-saarland.de. Hentet 8. april 2014.
8. ↑ Müssler, J. & Prinz, W. (2002). Generel psykologi . Heidelberg: spektrum. 715-733.
9. ↑ Anderson, JR, & Schunn, CD (2000): Implikationer af ACT-R Learning Theory: No Magic Bullets. I R. Glaser (red.), Fremskridt inden for instruktionspsykologi (5. udgave, s. 1-34). Mahwah, NJ: Erlbaum.
10. ^ Glaser, R. (red.) (2005). Fremskridt inden for instruktionspsykologi (5. udgave) . Mahwah, NJ: Erlbaum.
11. ↑ ^{a b} J. R. Anderson: A Simple Theory of Complex Cognition , 1996 I : American Psychologist , 51, 355-365.
12. ↑ Anderson, JR, Matessa, M., & Lebiere, C. (1997). ACT-R: En teori om højere kendskab og dens relation til visuel opmærksomhed. Interaktion mellem menneske og computer, 12, 439-462.
13. ↑ ACT-R 6 officielle hjemmeside
14. ↑ Cogtool officielle hjemmeside
15. ↑ CogTool Brugervejledning - Version 1.2 - 23. maj 2012 Adgang til 10. april 2014
16. ↑ Anderson, JR, Fincham, JM, Qin, Y., & Stocco, A. (2008). Et centralt kredsløb i sindet. Tendenser i kognitiv videnskab. 12 (4), 136-143.