Cognitiewetenschap houdt zich bezig met de cognitieve functies van het menselijke brein. We proberen vragen te beantwoorden als: hoe verwerken we informatie? Hoe wordt informatie gerepresenteerd (wat is het ‘format’) en hoe wordt informatie opgeslagen? En hoe kan de context waarin je je bevindt daar weer invloed op hebben? Het is een zeer interdisciplinair onderzoeksveld waarin onderzoekers in de psychologie, taalwetenschap, neurowetenschappen en artificiele intelligentie met elkaar samenwerken. De C.L. de Carvalho-Heineken Stichting voor Cognitiewetenschap heeft in 2006 een tweejaarlijkse prijs in het leven geroepen die uitgereikt wordt aan een onderzoeker vanwege zijn of haar verdiensten voor de cognitiewetenschap. Het is een van de meest prestigieuze prijzen die je kunt krijgen binnen dit onderzoeksveld.

JamesMcClellandjpg
Bron: http://psych.stanford.edu/~jlm/

Dit jaar heeft de Koninklijke Nederlandse Academie van Wetenschappen (KNAW) de C.L. de Carvalho-Heikenen prijs voor Cognitiewetenschap uitgereikt aan professor James McClelland, de directeur van het Center for Mind, Brain and Computation aan de Universiteit van Stanford. Volgens de jury heeft McClelland de prijs gekregen “voor zijn belangrijke en fundamentele bijdragen aan het gebruik van neurale netwerken om cognitieve processen in het brein te kunnen modelleren”.

Het modelleren van cognitieve processen is cruciaal voor de vooruitgang van de cognitiewetenschap. Want hoewel we allerlei mooie theorieën zouden kunnen bedenken over hoe je brein er bijvoorbeeld voor zorgt dat je dit kunt lezen, heeft McClelland tijdens zijn carrière benadrukt hoe belangrijk het is om computationele modellen te bouwen die deze theorieën concreet en testbaar maken. Hoewel theorieën laten zien wat er allemaal mogelijk zou kunnen zijn, weet je pas als je ze implementeert of ze ons ook iets leren over hoe cognitieve processen werken in de praktijk (in onze hersenen, dus).

McClelland is een van de grondleggers van een specifiek soort computationeel model. Toen McClelland begon als onderzoeker in de cognitiewetenschap, dachten veel mensen dat het brein een soort computerprocessor was die seriële berekeningen uitvoerde aan symbolen. Hoe moet je je dat voorstellen? De ‘processor’ haalt die symbolische representaties uit het ‘geheugen’ (dat losstaat van de ‘processor’) en verwerkt die een voor een. Bijvoorbeeld, deze tekst zou letter voor letter verwerkt worden, voordat je zou begrijpen welk woord er bedoeld wordt. McClelland, daarentegen, betoogt dat de ‘processor’ en het ‘geheugen’ niet van elkaar gescheiden kunnen worden (‘connectionisme’). In connectionistische modellen worden cognitieve processen gezien als complexe, parallelle interacties tussen een groot aantal eenvoudigere ‘processing units’ die samen een netwerk vormen. Het ‘geheugen’ zit als het ware ‘in’ het netwerk zelf in plaats van dat het er los van staat. Deze modellen zijn geinspireerd op hoe neuronen in de hersenen met elkaar samenwerken, en worden daarom vaak ‘neurale netwerken’ genoemd.

Veel van de computationele modellen die McClelland ontwikkelde om cognitieve processen gerelateerd aan bijvoorbeeld het geheugen en taalverwerking te verklaren, hebben diepgaande invloed gehad op het onderzoeksveld. Ter gelegenheid van de in ontvangstname van de Heineken prijs gaf McClelland op 1 oktober een lezing in de Aula van de Radboud Universiteit. Daarin gaf hij een overzicht van zo’n 30 jaar werk aan een van zijn meest invloedrijke computationele modellen – het Interactive Activation (IA) model – dat hij samen met zijn collega David Rumelhart heeft ontwikkeld. Het IA model verklaart hoe wij geschreven woorden kunnen begrijpen. Het model gaat ervan uit dat woorden bestaan uit verschillende hiërarchisch georganiseerde informatie-eenheden. Ten eerste zijn er zogenaamde ‘vormen’ die je kunt combineren tot letters. Vervolgens kun je die letters weer tot woorden combineren. Iedere informatie-eenheid wordt verwerkt door een aparte set van ‘processing units’. Als je de letter ‘K’ ziet, bijvoorbeeld, worden de units die de vormen |, \ en / verwerken geactiveerd. Die activatie zorgt ervoor dat een andere unit, namelijk die voor ‘K’ wordt geactiveerd. Belangrijk is dat de activatie twee kanten op kan gaan (bidirectioneel), dus van letter naar woord maar ook van woord naar letter.

Het IA model is een mijlpaal geweest omdat het aantoonde dat artificiële neurale netwerken een goede representatie kunnen geven van hoe het menselijk brein werkt. De belangrijkste ideeën van het IA model, zoals hiërarchische en bidirectionele activatie zijn vandaag de dag nog steeds heel belangrijk in de cognitiewetenschap. McClelland’s ideeen hebben niet alleen invloed gehad op hoe wetenschappers over het menselijk brein denken, maar ook op de manier waarop artificiële cognitieve systemen worden gebouwd. Technologische innovaties die computationele berekeningen efficiënter maken zijn op zijn ideeën gebaseerd. De stem- en spraakherkenningsoftware op je smartphone, bijvoorbeeld, gebruikt hoogstwaarschijnlijk een inventief neurale netwerken design!

Hoewel McClelland al veel bereikt heeft in zijn onderzoekscarriere, is hij nog lang niet klaar. Recentelijk is hij bijvoorbeeld een groot project gestart met het doel om te begrijpen hoe rekenen werkt (mathematische cognitie): van de representatie van getallen tot algebraische abstractie en mathematische afleidingen.

Hartmut Fitz is visiting researcher in het Neurobiology of Language Department van Peter Hagoort

Advertenties