روایت مغز: علوم شناختی

مقدمه

علوم شناختی (cognitive sciences) به عنوان یک جنبش روشنفکرانه در دهه ۱۹۵۰ آغاز شد، که با عنوان انقلاب شناختی نیز شناخته می‌شود. شاید تاریخ علوم شناختی قوی ریشه در متون فلسفی یونان باستان دارد. اعتقاد بر این است که فعالیت‌های بزرگانی چون دکارت (Descartes)، دیوید هیوم (David Hume)، امانوئل کانت (Immanuel Kant)، بندیکت دو اسپینوزا (Benedict de Spinoza)، نیکلاس مالبرانش (Nicolas Malebranche)، پیر کابانیس (Pierre Cabanis)، لایبنیتز (Leibniz) و جان لاک (John Locke) شامل این حوزه نیز می‌باشد. با این حال، اگرچه اقدامات این نویسندگان اولیه به کشف فلسفی ذهن کمک‌های شایانی کرده و در نهایت منجر به پیدایش و رشد روان شناسی شده است، اما آن‌ها مجموعه‌ای از ابزارها و مفاهیم اصلی کاملاً متفاوتی را نسبت به دانشمندان علوم شناختی حال حاضر به کار می‌بردند.

با حرکت از ریشه‌های تاریخی علوم شناختی و با توجه به تعریف فعلی آن، می‌توان دریافت که علوم شناختی یک حوزه یا روش واحد نیست و نمی‌توان دیدگاه‌های مختلف این علم را در یک دسته بندی واحد جای داد. به همین دلیل، دانشمندان عبارت “علوم” شناختی را توصیف مناسب‌تری برای این حوزه بین رشته‌ای می‌دانند.

علوم شناختی یک مطالعه میان رشته‌ای از ذهن و آگاهی و شعور* است و فلسفه، روان شناسی، هوش مصنوعی، علوم اعصاب، زبان شناسی و انسان شناسی را شامل می‌شود. ریشه‌های فکری نوین این علم در اواسط دهه ۱۹۵۰ شکل گرفته است. در این برهه محققان بر اساس بازنمایی‌های پیچیده و روش‌های محاسباتی، در چندین زمینه شروع به ارائه تئوری‌هایی راجع به ذهن کردند. ریشه سازمان یافته آن در اواسط دهه ۱۹۷۰ میلادی با تشکیل انجمن علوم شناختی و مجله علوم شناختی آغاز شد.

عبارت علوم شناختی برای اولین بار توسط کریستوفر لونگت-هیگینز در سال ۱۹۷۳ استفاده شد. در سال ۱۹۶۷ او در ادینبورگ (Edinburgh) دپارتمان هوش و را تاسیس کرد،؛ * جایی که وی شخصاً تحصیل در بینایی مصنوعی را دنبال کرد و گروهی از روان شناسان، زبان شناسان و متخصصان علوم اعصاب را برای شرکت در پروژه‌های بین رشته‌ای گرد هم آورد. او هوش مصنوعی را نوعی روان شناسی نظری می‌دانست و در واقع او به یک استاد روان شناسی تجربی تبدیل شد. نام علوم شناختی در سال ۱۹۷۵ به طور رسمی در عنوان کتاب کولینز و بابروو Bobrow & Collins)) ذکر شد (Representation and Understanding: Studies in Cognitive Science). در این کتاب علوم شناختی به عنوان حوزه جدیدی تعریف شده بود که شامل عناصر روان شناسی، علوم کامپیوتر، زبان شناسی، فلسفه و آموزش است، اما در عین حال تنها محدود به همپوشانی این رشته‌ها نیز نیست. ادغام این حوزه‌ها با هم باعث به وجود آمدن مجموعه جدیدی از ابزارها برای بررسی طیف گسترده‌ای از سؤالات شده است. در سال های اخیر، تعامل بین پژوهشگران این حوزه‌ها منجر به ایحاد تحولات جدید و هیجان انگیزی در درک ما از سیستم‌های هوشمند و توسعه علوم شناخت شده است.

بیوگرافی کریستوفر لونگت هیگنز (Christopher Longuet Higgins)

کریستوفر لونگت هیگنز در سال ۱۹۲۳ در لنهام، کنت، انگلیس متولد شد. پدر وی هنری لونگوت هیگینز (Henry Longuet Higgins) و مادرش آلبانیا سسیل بازلی (Albinia Cecil Bazeley) بود.

او یک محقق استثنایی بود که باعث پیشرفت‌های علمی مهمی در دو رشته کاملا متفاوت، شیمی و هوش مصنوعی شد. بسیاری از مردم معتقدند که به دلیل تلاش‌های بی وقفه و یافته‌های ارزنده‌ی علمی خود، شایسته دریافت جایزه نوبل بوده است.  

زمانی که به عنوان دانشجوی کارشناسی ارشد در آکسفورد مشغول به تحصیل بود، جایی که همزمان در دو رشته شیمی و موسیقی تحصیل می‌کرد، وی مقاله را در ژورنال انجمن شیمی در مورد ساختار مولکولی یک مولکول غیرمعمول به نام diborane منتشر کرد. کریستوفر تحصیلات خود را در دانشگاه آکسفورد تحت نظارت چارلز کولسون (Charles Coulson) ادامه داد. آن‌ها در کنار هم مسائل مهم بسیاری را در مورد حالت‌های الکترونیکی مولکول‌های آروماتیک کشف کردند.

بعد از آکسفورد کریستوفر به مدت کوتاهی در دانشگاه‌های شیکاگو و منچستر فعالیت کرد و پس از آن کسند استادی در رشته فیزیک نظری در کالج کینگ لندن را در سال ۱۹۵۲ پذیرفت. دو سال بعد کریستوفر جان همفری پلممر استاد شیمی نظری در کمبریج شد.* زمانی که کریستوفر به کمبریج ملحق شد، دانشکده‌ای بسیار برجسته محسوب می‌شد، و با او با کارهای پژوهشی خود* را این دانشکده را به عنوان یکی از برجسته‌ترین دپارتمان‌های شیمی نظری در سطح جهان تبدیل کرد. در شیمی نظری وی کمک‌های چشمگیری در پیشرفت شیمی کوانتوم و مکانیک آماری انجام داد.

کریستوفر لونگت هیگنز در سال ۱۹۶۷ تصمیم گرفت به سمت حوزه هوش مصنوعی حرکت کند و از سمت خود در کمبریج استعفا داد و به Science Research Council رفته و یک سال بعد استاد پژوهشی انجمن سلطنتی (Royal Society Research)، در دانشگاه ادینبورگ شد.کریستوفر در حوزه جدید خود نیز استعداد شگرف خود را نشان داد.

او همچنین از سال ۱۹۶۲ به بعد، انتشار مقالات مهم در موسیقی را آغاز کرده بود.

به همراه ریچارد گرگوری (Richard Gregory) و دونالد میشی (Donald Michie)، کریستوفر دپارتمان ادراک و هوش ماشینی را در ادینبورگ تأسیس کرده و در نقش اداره و رهبری راه اندازی دانشکده معرفت شناسی (Epistemics)* را متشکل از یک گروه میان رشته‌ای‌، از افرادی که به تحقیق درباره ذهن علاقه دارند، بر عهده گرفت. وی قدم‌های مهمی را در مسیر توسعه انفورماتیک، شبکه‌های عصبی و تولید زبان توسط کامپیوتر پیمود.

در سال ۱۹۷۴ کریستوفر به دانشگاه ساسکس رفته و در آن جا به گروه روان شناسی تجربی در دانشکده علوم زیست شناسی پیوست. وی فعالیت‌های خود را در زمینه هوش مصنوعی ادامه داده و سهم مهمی در درک چگونگی تجزیه و تحلیل اطلاعات در مورد عمق و مسافت در توالی تصاویر بصری در مغز  دارد.

او از این که از فعالیت‌هایش در حیطه هوش مصنوعی صحبت شود خوشحال نبود و ترجیح می‌داد که کارهای خود را با عنوان علوم شناختی توصیف کند، اصطلاحی که از سال ۱۹۷۳ به کار برده می‌شود.

آغاز علوم شناختی

کریستوفر در سال ۱۹۶۹ با ترک کمبریج و آغاز پژوهش در حیطه جدید هوش مصنوعی یا AI در دانشگاه ادینبورگ، اولین قدم مهم خود در این مسیر را برداشت. او به دونالد میشی، که در ادینبورگ مشغول به کار بود، پیوست و با همراهی ریچارد گرگوری (روان شناس)، همکار نسبتاً جوان خود در کالج کورپوس کریستی (Corpus Christi) مطالعات خود را آغاز کرد.

این حرکت مهم هیگنز شاید به دنبال بررسی‌هایی بود که دو سال پیش بر روی روش‌های مختلف ترویج تحقیقات مغزی مبتنی بر رایانه در دانشگاه کمربریج انجام داده بود. او خیلی زود متوجه شد که ادامه این پژوهش‌هادر دانشگاه کمبریج میسر نیست؛ زیرا دو گروه تحقیقاتی مهم در کمبریج تأسیس شده بودند: رادیو نجوم (radioastronomy) و اخلاق (ethology). بنابراین با استفاده از یک طرح متفاوت سعی کرد تا در یک دانشگاه دیگر انگلیس، با ایجاد یک مؤسسه تحقیقاتی بر روی مغز، روان شناسی را با علوم رایانه پیوند دهد.  

در این شرایط هیگنز با دونالد میشی در دانشگاه ادینبورگ که او نیز به موضوع هوش مصنوعی علاقه مند بود، ارتباط برقرار کرده و به این دانشگاه نقل مکان نمرد.

گروه هوش و ادراک ماشینی (Machine Intelligence and Perception)، همزمان با دپارتمان مربوطه در آمریکا، در انستیتوی فناوری ماساچوست و در دانشگاه استنفورد آغاز به کار کرد. این گروه، اولین دپارتمان هوش مصنوعی در اروپا محسوب می‌شد. همکاری مؤثری بلافاصله با شرکت‌های آمریکایی به ویژه به وسیله کارگاه‌های آموزشی سالانه که هر ساله از سال ۱۹۶۷ به بعد برگزار می‌شدند، برقرار شد. به لطف این همکاری‌ها کتاب هوش ماشینی (Machine intelligence) توسط انتشارات دانشگاه ادینبورگ منتشر شده است.*

این بخش پیش از شروع کار، با مانعی دست و پنجه نرم می‌کرد. در واقع ، به طور کلی شک و تردید در درستی و اعتبار* و حتی اخلاقی بودن تلاش برای استقلال بخشیدن به ماشین‌ها یا گسترش هوش مصنوعی وجود داشت.

هیگنز به پروژه روباتیکی که پیش از او توسط دونالد انجام می‌شد علاقه مند نبود، درواقع او معتقد بود که روبات را نباید مستقیماً از ورودی‌های حسی کنترل کرد، بلکه باید به وسیله دانش، به عنوان مدل‌های داخلی از محیط خود کنترل کرد. بنابراین تجربه‌های گذشته باید اطلاعات محدودی که در حال حاضر نشان داده شده است را غنی سازد، تا با استفاده از قدرت پیش بینی، از درستی آن اطمینان بیشتر حاصل شوداین مفهوم از کارها و ایده‌های اولیه روان شناس کمبریج، کنت کریک (Kenneth Craik)، ناشی می‌شد که در کتاب خود The nature of explanation  توضیح داده شده است. اگرچه این کار در آن زمان بسیار هیجان انگیز به نظر می‌رسید، اما از در عین حال غیرقابل اعتماد بود و همچنین برنامه نویسی آن بسیار سخت و طاقت فرسا بود. آن چه کریستوفر انجام داد این بود که یک وسیله نقلیه ساده رومیزی هدایت شود؛ حتی بدون دریافت ورود حسی. زمانی که اسباب بازی روی میز قرار می‌گرفت، لبه‌ها و پستی بلندی‌ها را پیش بینی کرده و حرکت می‌کرد.*

 او با کشف قدرت‌های بالقوه رایانه‌ها به یک برنامه نویس خبره تبدیل شد. او به ربات‌ها به منظور انجام اهداف علاقه‌ای نداشت؛ بلکه به عنوان ابزار کمک کننده و دارای قدرت تفکر برای درک هوش انسانی با علوم شناختی که طراحی کرده بود، علاقه داشت. وی در ارزیابی ارتباط هوش مصنوعی و روان شناسی اظهار دارد که:

آن چه که یک روان شناس دوست دارد بطور یقین انجام دهد، توصیف منطقی وقایع روان شناختی است که در واقع واسطه‌ای بین تجربیات و اعمال انسان هستند. هوش مصنوعی پاسخی چالش برانگیزی را ارائه می‌دهد: ما باید توصیفی از برخی از مهارت‌های شناختی را بشناسیم، اگر و فقط اگر در اصل بتوانند برای ساخت ماشین خودکار استفاده شوند، که این مهارت را شبیه سازی می‌کند.*

او ساختمان ربات را به دیگران واگذار كرد و ترجیح داد با گروه خود متشکل از دانشجویان با استعداد در زمینه‌های نظری این پروژه كار كند. وی پیشرفت در زمینه الگوریتم‌ها را در  هدف علوم شناختی می‌دانست، * شاید در ابتدا فکر می‌کرد که الگوریتم‌های موفق باید تنها هدف تحقیقات شناختی باشند. وی گسترش اهداف خود، به ویژه از طریق شبکه‌های عصبی تعاملی را در دستور کار خود قرار داد.

رایانه‌های الکترونیکی اولیه این امکان را فراهم کرد که تست‌های آزمایشی با شبکه‌های شبیه سازی شده انجام شوند (اگرچه سرعت و سادگی آن‌ها به دلیل دیجیتالی شدن از دست می‌رود)، و کریستوفر لونگت پیشگام این پیشرفت در تحقیقات مغز و استفاده نوین از محاسبات دیجیتال است. با این حال، توصیفات شبکه‌های تعاملی به سختی مبتنی بر الگوریتم‌ها بود، بنابراین نحوه کارکرد آن‌ها همواره مشخص نیست. کریستوفر الهام بخش چندین دانشجو، از جمله جفری هینتون (Geoffrey Hinton)، دیوید ویلشاو  (David Willshaw)، اندرو بلیک (Andrew Blake) و پیتر بونمن (PeteBuneman) شد که در زمینه این تحقیقات جدید پیشرفت‌های چشمگیری را کسب کنند. *

کریستوفر به واسطه تحقیقات خود در تجزیه و تحلیل درک عمق، به خصوص در حیطه قدرت و محدودیت جریان بصری پویا و استفاده احتمالی از نابرابری عمودی برای عمق استریوسکوپی، در دنیای تحقیق بینایی و بصری مشهور شد. مدل‌های تحلیلی او اهداف ناظر ایده آل را تعیین کرده و در نتیجه می‌توانند بازده هدف را تخمین زنند. زمانی که کارآیی بالا باشد، ممکن است متد واقعی‌ای که توسط مغز اتخاذ شده است، شناخته شود؛ زیرا تنها تعداد محدود یا حتی تنها یک مجموعه فرآیند ممکن است در این فرآیند نقش داشته باشند. **

در سال ۱۹۷۴ کریستوفر ادینبورگ را به مقصد Sussex ترک کرد تا از نزدیک با استوارت ساترلند (Stuart Sutherland) همکاری کند و تا زمان مرگش در پروژه‌های مختلفی در این دانشگاه مشارکت داشت. یک ارزیابی انتقادی از کل پروژه هوش مصنوعی، توسط  جیمز لایتیل (James Lighthill) در Science Research Council در سال ۱۹۷۳ نوشته شده است؛ با عنوان Artificial intelligence: a general survey. این بررسی باعث تضعیف (یا احتمالاً به سادگی انعکاس) کاهش اشتیاق برای پشتیبانی طولانی مدت شد از این پروژه شد.که به مدت یک دهه در تحقیقات هوش مصنوعی آمریکایی و بریتانیایی پیامدهایی داشته است.

رویکرد و کار کریستوفر که عمدتاً به روباتیک شناختی مربوط بود، از این انتقاد گریخت. اگرچه روبات‌های صنعتی به سرعت در حال تبدیل شدن به جنبه‌ای مهم در فن آوری تولید بودند، اما تلاش برای اعطای قدرت شناختی به روبات‌ها جای بحث داشت و هنوز به شکوفایی که هنگام تاسیس اولین دپارتمان در اوایل سال ۱۹۶۰ تصور می‌شد دست نیافته بودند. سختی در کار هوش مصنوعی نشان دهنده اهمیت شناخت عملکرد مغز بود.

شک و تردید‌های زیادی در مورد گزارش لایتیل وجود داشت؛ به ویژه این مورد که ماشین‌هایی با توانایی‌های محدود نمی‌تواند هوشمند باشد زیرا همگام با گسترش تصاعدی احتمالات، گزینه‌های آن‌ها نیز محدودتر می‌شوند. هینگز درمقاله Artificial intelligence: a paper report خود  با اشاره به این ایراد لایتیل عنوان داشت که مغز نیز دارای انتخاب‌ها محدود است اما هوشمند در نظر گرفته شده است. بدیهی است که مغز از استراتژی‌هایی برای محدود کردن جستجوها استفاده می‌کند، همان طور که در برنامه‌های شطرنج در رایانه‌ها استفاده می‌شود.  

کریستوفر تحقیقات خود را تا بررسی آگاهی (consciousness) گسترش داد. مقاله مختصر او با عنوان ۱۵۰ words on consciousness، در این موضوع پرداخته است.

اگر چه او الگوریتم‌ها را گزینه پیش روی علوم شناختی می‌دانست اما مسائل فلسفی را نیز در نظر می‌گرفت. وی از زبان شناسان روان شناختی بخاطر دقت جسورانه آن‌ها، که باعث می‌شود در مقابل حمله تجربی آسیب پذیر باشند، ستود. کریستوفر در واقع یک دانشمند همه جانبه بود و چشم به سؤالات بزرگی داشت.