Item gefilterd op datum: december 2012

Spraak herkenning komt overeen met visuele (patroon)herkenning als we kijken naar het segmenteren van objecten die herkend moeten worden. Spraak kan echter niet zo duidelijk worden opgebroken als geschreven tekst of visuele informatie. Bij een continue stroom woorden, is het bijna onmogelijk de pauzes te horen die het eind van woorden markeren. Wij horen het in het Nederlands wel (hoewel het niet echt pauzes zijn, maar wij eigenlijk de illusie van woordbegrenzing horen), maar in een onbekende taal horen we één lange stroom klanken. Er zitten zelfs evenveel pauzes ín de woorden als tússen de woorden. Eén enkel woord kan opgebroken worden in kleine stukjes, genaamd phonemes. Een phoneme is de minimale unit van spraak wat kan resulteren in een verschil van het gesproken bericht. Voorbeeld: het woord ‘bat’ bestaat uit de phonemes ‘b’, ‘a’ en ‘t’, aangezien wanneer je elk stukje door een ander stukje (letter) vervangt, je een ander woord krijgt: ‘cat’, ‘bit’ en ‘ban’.

De Engelse spelling is zeer moeilijk, aangezien er geen perfecte ‘letter-to-sound’ correspondentie bestaat: in een andere context spreek je een letter weer net iets anders uit.

Problemen bij het herkennen van phonemes:

• Spraak is continu, dus het is moeilijk te herkennen waar een phoneme eindigt en waar de volgende begint. Vergelijk maar met (aan elkaar) geschreven tekst: waar eindigt de ene letter en begint de andere?

• Verschillende sprekers spreken dezelfde tekst (dezelfde rij phonemes) verschillend uit (zoals bij dialecten, maar zelfs ook bij hetzelfde accent).

• Coarticulatie: wanneer je ‘big’ uitspreekt, is de ‘b’ net iets anders dan het uitspreken van de ‘b’ in het woord ‘bag’. De uitspraak van de ene phoneme wordt dus beïnvloedt door de context (een andere phoneme); twee phonemes mixen als het ware een beetje door elkaar heen.

Het wordt aangenomen dat spraakherkenning gebruikt maakt van een (apart) gespecialiseerd mechanisme in de hersenen. Misschien speelt (het linkerdeel van) de temporaalkwab hier een grote rol bij.

Als we objecten eenmaal herkend hebben, komen we op het punt van patronen herkennen, wat gebeurd door middel van template matching. Deze theorie houdt in dat het beeld van een object naar de hersenen wordt gebracht en daar wordt vergeleken met andere patronen, genaamd templates. Het perceptuele systeem probeert dan het best passende patroon te vinden.

Een andere theorie over hoe we patronen herkennen is de feature analysis. Bij deze theorie worden stimuli gezien als combinaties van verschillende features (bv lijntjes of hoeken), die worden geanalyseerd door de hersenen. Deze features zijn makkelijker te herkennen dan templates en bovendien kan vanuit deze features makkelijk het object herkend worden (bijvoorbeeld een A bestaat uit twee schuine en een liggend streepje).

Biederman (1987) heeft een theorie bedacht over het herkennen van objecten door middel van componenten van die objecten, de recognition-by-components theory:

1 Het object wordt verdeeld in een aantal sub-objecten

2 De sub-objecten worden geclassificeerd in een bepaalde categorie. Er zijn 36 categorieën die geons worden genoemd (een afkorting van geometric ions), bv een cilinder of een piramide.

3 Als de sub-objecten geïdentificeerd zijn, kan het hele object herkend worden. Een experiment wees uit dat mensen makkelijker objecten kunnen herkennen waar segmenten (bv stukjes lijn) ontbraken dan objecten waar componenten (bv een vleugel van een vliegtuig) ontbraken.

- The eye: cornea, pupil, iris, lens, retina, fovea, optic nerve

- Rods and cones

- Visual cortex

- Hubel and Wiesel: topographic and feature-oriented organization of the visual cortex

- Perceiving depth and surfaces: (monocular) texture gradient, size, interposition, contrast, clarity and brightness, shadow, (binocular) stereopsis, motion parallax (see Preece, chapter 4.2, for the cues missing in Anderson)

- Gestalt principes of organization: proximity, similarity, good continuation, closure

Op pagina 39 staat een plaatje met een schematische voorstelling van het oog met belangrijke termen erbij. Lichtenergie wordt met een fotochemicaal proces omgezet in neurale activiteit.

Dit gebeurt door staafjes en kegeltjes (rods and cones). De kegeltjes zijn vooral geconcentreerd in de fovea, een klein stukje van de retina waarop een object valt als we erop concentreren.

Lichtenergie komt vanuit de ogen via een aantal neurale paden uiteindelijk in de visual cortex, waar de visuele input verwerkt wordt. Dit gebeurt door ganglion cells, die in meer of mindere mate afvuren. Huble and Wiesel (1962) hebben uitgevonden dat er edge detectors (die positief of nagetief reageren op licht van een kant) en bar detectors (die positief of negatief reageren op licht in het midden met eromheen weinig licht of andersom). Deze detectors zijn ovaal van vorm en bestaan uit een aantal ganglion cells. Er bestaan een aantal manieren die mensen gebruiken om van een 2D beeld een 3D beeld tevormen:

- texture gradient (elementen lijken dichter op elkaar te staan als ze verder weg zijn)

- stereopsis (met het ene oog zie je de wereld net iets anders dan met het andere en zo zie je diepte)

- motion parallax (dit wil zeggen dat punten die verder weg zijn langzamer lijken te bewegen dan punten die dichterbij zijn)

- size (de grootste van twee dezelfde objecten lijkt het dichtstbij)

- interposition (als een object deels de andere overlapt lijkt die ervoor te staan)

- contrast, clarity and brightness (sherpere en duidelijke objecten lijken dichterbij te staan)

- shadow (schaduws die geworpen worden door objecten geven cues over de positie van die objecten)

Bij het herkennen van objecten gebruiken we de gestalt principles of organization:

(a) principle of proximity (elementen dicht bij elkaar zien we als units)

(b) principle of similarity (elemneten die op elkaar lijken groeperen we bij elkaar)

(c) principle of good continuation (elementen die vloeiend in elkaar overgaan zien we als een element)

(d) principle of closure (elementen die elkaar overlappen maken we in gedachten zelf af, terwijl dit helemaal niet juist hoeft te zijn)

Dit hoofdstuk gaat over hoe zintuigen identificeren wat ze zien en horen. Als een persoon geen visuele objecten kan herkennen, terwijl dit niet ligt aan intellectueel verlies of beschadiging aan de zintuigen, wordt dit visual agnosia genoemd. Dit is te verdelen in apperceptive agnosia (waarbij objecten helemaal niet herkend kunnen worden; dit gebeurt vroeg in het visuele systeem) en assiociative agnosia (waarbij simpele objecten wel herkend kunnen worden en complexe objecten wel gecopieerd, maar niet herkend kunnen worden; dit gebeurt later in het visuele systeem).

EEG = Electroencephalography = Elektro encefalogram: zorgt ervoor dat de elektrische potentialen die present zijn op de schedel vastgelegd kunnen worden. In de praktijk krijg je een pet op met vele elektronen erin bevestigd.

De elektroden registreren de veranderingen in ritmische veranderingen. Men heeft ontdekt dat (Kutas & Hillyard) er een negatieve amplitude optrad van circa 400ms als een onverwacht woord in een zin werd gehoord.

ERP = Event-related potentials zijn de EEG responsies die optreden na een bijzondere stimulus. Een ERP is handig voor tijdelijke weergave van schedelactiviteit maar maakt het moeilijk om de locatie te traceren waar de neurale activiteit, die de schedelactiviteit op gang bracht, plaatsvond

PET = Positron emission tomography

fMRI = functional megnetic resonance imaging

Beiden zijn vrij goed in het traceren van neurale activiteiten, maar relatief slecht in het meten van het tijdsverloop van de neurale activiteit Ze meten de stofwisselingsverhouding of de doorstroming van het bloed in diverse gebieden van de hersenen, er vanuit gaande dat hoe meer gebieden er actief zijn dat een groter stofwisselingsverbruik vereist.

PET gebruikt een radioactief element die geïnjecteerd wordt in de bloedbaan. De PETscanner detecteert de variaties in concentratie radioactiviteit van het element. Een aantal onderzoekers heeft hiermee de verschillende processen omtrent het lezen te lokaliseren: op deze manier kon men zien welk deel van de hersenen actief waren bij het herkennen van een woord.

fMRI geeft echter een beter ruimtelijk scheidend vermogen dan PET en is minder indringerig. Deze methode wordt nog steeds in ziekenhuizen gebruikt. fMRI gaat ervan uit dat er meer met zuurstof gevoede hemoglobine is in de buurt van een grotere neurale activiteit. Radiogolven worden getransporteerd door de hersenen die er voor zorgen dat de kern van de hemoglobine een lokaal magnetisch veldje produceert, dat door magnetische sensors die zich rond het hoofd bevinden, waargenomen kan worden. Inderdaad blijkt dat de magnetische signalen in actieve gebieden sterker is dan in inactieve.

Connectionism

Hoe kan een hoger-niveau functie worden bereikt door het verbinden van basiselementen als neurons.

Connectionism = manieren voor het verbinden van neurale elementen voor het verklaren van hoger-niveau cognitie.

PDP = Parallel Distributed Processing; ontwikkeld door McClelland en Rumelhart die ervan uitgaan dat informatie onder neurale elementen wordt gepresenteerd in activiteitspatronen.

Lees hiervoor blz 31-33 over het onderzoek van hen. Komt op volgende neer: 2 gangstergroepen met elk kenmerken, zoals leeftijdscategorie. Ieder kenmerk is als neuron opgeslagen.

Je wilt weten wie 20 of jonger is van de tweede groep: de betreffende neurons worden ingeschakeld en uiteindelijk rolt er nul of meer personen uit. Dit neuron veroorzaakt de heftigste activiteit en kan als oplossing worden gezien op de vraag. Echter als geen een aan de vraag voldoet, is er wel veel activiteit bij diegene die er het dichtst in de buurt komt en wordt als antwoord gezien. Stel dat iedereen in bepaalde leeftijd en met Y opleiding vuilnisman is geworden, dan zal bij X waarbij het niet bekend is wat hij doet, stil worden gestaan bij de vuilnisman: het systeem maakt zo vooroordelen Met dit onderzoek toonden ze aan dat: hoe neurale mechanismen onderschrijven dat iemand subtiele veroordelingen zou kunnen maken op basis van herinneringen. Dit onderzoek wordt echter wel als brug gezien van het kennis-gat tussen de hersenen en een cognitie op hoger niveau.

Hierbinnen wordt informatieverwerking ruimtelijk geordend. In het visuele gebied aan de achterkant van de cortex representeren aangrenzende gebieden informatie van de aangrenzende gebieden van het visuele gebied: zie pag. 25 en 26 voor een voorbeeld. Tevens is in de visuele cortex een overdaad van het visuele veld bij het centrum van ons

gezichtsveld omdat we daar het scherpst kunnen zien.

Het achterliggende idee voor het topografische vastleggen is, dat neurons die werken in dezelfde gebieden met elkaar communiceren; genaamd coarse coding. Als de neurale activiteit van een neuron in de somatosensory cortex bemerkt, respondeert het alleen als een groter deel van het lichaam wordt gestimuleerd. Verschillende cellen zullen responderen bij verschillende overlappende gebieden van her lichaam. Ieder punt wordt geselectederd door een

andere set van cellen. Kortom: de locatie van een punt wordt weerkaatst door het patroon aan activatie dat optreedt.

Centrale zenuwstelsel = brein + spinal cord (zenuwen in ruggegraad) Spinal cord transporteert neurale berichten van de hersenen naar de spieren en prikkels van het lichaam naar de hersenen.

Lagere gedeelte van de hersenen = verantwoordelijk voor basisfuncties.

Medulla regelt: ademen, slikken, spijsvertering en hartslag.

Cerebellum speelt belangrijke rol bij de motoriek en (vrijwillige) beweging.

Thalamus = wisselstation voor motorische en zintuigelijke informatie van de lagere hersengebieden naar de cortex (schors, buitenste laag).

Hypothalamus = reguleert lichaamstemperatuur, begeerte en andere autonome functies

Limbic system = op de grens van de cortex en de lager liggende constructies/lagen.

Bevat een constructie genaamd de Hippocampus.

Hippocampus = kritiek voor het menselijke geheugen. Ligt verspreid over de linker en rechter helft van de hersenen, tussen de buitenkant en het centrum.

Pons = een omvangrijke hoeveelheid zenuwen die zich bevinden aan de voorkant van de hersenstam net onder de hersenen. (zie pag. 22)

Neocortex = cerebral cortex = een van de meest ontwikkelde delen van de hersenen: het bedekt een groot deel van de hersenen: 2500 cm²: om in de schedel te passen, ligt het er gekronkeld. Het aantal kronkels en plooien van de cortex is een van dé geestelijke verschillen tussen mens en andere zoogdieren.

Neocortex = verdeeld in een linker- en rechterhelft (hemisphere). Het lijkt erop dat de linkerkant is verbonden met het rechterdeel van het lichaam en omgekeerd.

Ieder deel kan worden gesplitst in 4 lobes (kwabben):

1) Frontal Lobe = back portion & front portion)

- Back portion = motorische functies

- Front portion = prefontal cortex = hoger-niveau processen als planning

2) Occipital Lobe = bevat de primaire visuele gebieden

3) Parietal Lobe = zintuigelijke functies vooral ruimtelijke processen

4) Temporal Lobe = bevat primaire gehoorgebieden en is betrokken bij het herkennen van objecten.

Binnen de Temporal Lobe bevindt zich de hippocampus.

Brodman (1909) heeft onderscheid kunnen maken in 52 regio’s in de menselijke cortex, gebaseerd op de verschillende cell-typen binnen de verschillende gebieden.

Localization of Function

De cognitieve functies op hoger niveau: de linker helft is verantwoordelijk voor het taalkundige en analytische procesgang, de rechter helft voor het perceptuele (waarneming) en ruimtelijke.

De hersenhelften zijn verbonden door een brede band aan zenuwen (zenuwbanen) die Corpus Callosum worden genoemd. Chirurgen hebben bij epileptische mensen deze band zenuwen weggehaald en het resultaat was verbluffend: geen epileptische aanvallen meer en de patiënt kon redelijk normaal functioneren. Die patiënten worden split-brain patients genoemd. Echter datgene dat links waargenomen werd en met de rechterhelft zou moeten worden verwerkt ging niet zo best meer en patiënten moeten in een dergelijk geval hun hoofd bijdraaien zodat het door het rechteroog wordt waargenomen en vice versa. Onderzoek bij patiënten met beschadigingen in andere delen van de hersenen, leidde tot de constatering dat er gebieden in de linker hersenstam zijn, de Broca’s area & Wernicke’s area die verantwoordelijk zijn voor spraak. Een beschadiging in deze gebieden leidt tot Aphasia, spraak verlies. Dit probleem in Broca’s area leidt tot korte, niet grammaticaal correcte zinnen, in Wernicke’s area juist met grammaticaal correcte zinnen, maar door moeilijkheden in hun woordenschat genereren ze “loos” gepraat.

Betreft naast het brein de verschillende sensor systemen die informatie verzamelen van delen van het lichaam naar het motorsysteem dat de beweging beheerst.

Neuron = een cel dat elektrische activiteit bijeenbrengt en transporteert, tevens de meest belangrijke component in een zenuwstelsel. (totaal circa 100 miljard) Ieder neuron is een kleine computer: het menselijk brein is beter dan alle computers in de wereld, aangezien het veel sneller verbanden kan leggen en acties tegelijk uitvoeren.

BLZ 17!!! Algemene schrijfwijze:

Soma = hoofdlichaam (5-100 micrometer) in diameter.

Dendrite = korte zijtakken van de Soma, gegroepeerd in setjes

Axon = een lange buis (paar mm tot 1 meter) uitstekkend vanaf de Soma.

Axons verschaffen de gefixeerde paden die neurons gebruiken om met elkaar te communiceren. Aan het eind vertakken ze zich in knoppen die weer bijna contact maken met de Dendrite van een ander neuron.

Synapse = bijna contact maken tussen Axon en Dendrite van een ander neuron

Neurotransmitter = De chemische reactie dat optreedt op het membraam van de ontvangende Dendrite om de polarisatie of het elektrische potentiaal op de grens van de Axon te kunnen veranderen.

Nucleus = kern

Het binnenste van een membraam dat de neuron omsluit is 70mV negatiever dan de buitenkant vanwege de grote concentratie van negatieve ionen aan de binnenkant. Afhankelijk van de neurotransmitter kan het verschil in potentiaal toenemen of afnemen:

Excitatory = afnemen potentiaalverschil

Inhibitory = toenemen potentiaalverschil

Bij voldoende potentiaalverschil ontstaat depolarisatie bij het Axon-heuveltje, daar waar het de Soma vergezelt. Binnen de neuron wordt het positiever dan buiten = Action Potential

(spike) Wanneer deze impuls het einde van de Axon bereikt, worden neurotransmitters in

werking gesteld etc. Dit alles gebeurt in ca. 10 ms (> 1, < 100) Dit is veel langzamer dan een

pc, echter wij kunnen miljarden van deze impulsen tegelijk aan. Zie verder boek.

Informatie in het brein is een continue verandering van hoeveelheden. 2 soorten:

1) membraanpotentiaal kan variëren van meer positief tot minder negatief

2) Axon kan variëren in het aantal zenuwimpulsen dat het per seconde vervoert = rate of firing.

Neuronen werken op elkaar in door het activatie-niveau van andere neuronen op te voeren (excitation) of door het niveau af te remmen (inhibition).

grondslag voor menselijke cognitie.

Hoe wordt iets herkend als zijnde een voetbalterm of een andere taal? Deze gewaarwordingen kunnen alleen geconstateerd worden middels lange reeksen patronen.

Onderzoek heeft aangetoond dat hersenactiviteit verandert bij het horen van losse woorden naar zinnen en naar complete verhalen. Het lijkt erop dat het brein overtollig informatie opslaat zodat bij eventuele ontbrekende cellen, toch het patroon kan bepalen dat gedecodeerd moet worden. Tevens lijkt het erop dat het brein een ander soort overvloed aan informatie opslaat dan een computer, omdat een neuron niet vast gekoppeld zit aan een bepaald gedrag.

Door het veranderen van synapsverbindingen kan worden geleerd (met behulp van neurotransmitters) of iets worden gereproduceerd.

Al het eerdergenoemde leidde tot IPA: probeert cognitie te verklaren in setjes stappen, waarbij een abstracte entiteit, genaamd informatie, wordt gevolgd: Sternberg paradigm: Mensen moesten setjes van getallen (1-6) in een bepaalde volgorde onthouden en dan zo snel mogelijk antwoord geven als een gevraagd getal voorkwam in die reeks. Hij vond een lineair verband tussen de grootte van het te onthouden setje en de responstijd op de vraag.

Volgens hem moet 1) de stimulus gedecodeerd worden en 2) het vergeleken worden met de opgeslagen set. (kost ongeveer 38ms). Tegenargumenten van deze onderzoeksmethode:

1. moet IPA wel geconceptueerd worden in termen als breinlocatie en breinprocesgang

2. de manier van werken werd voornamelijk uitgevoerd met symbolen als ‘9,7,3’

3. Sternberg legde een relatie met de hogesnelheidsscans van een computer

4. metingen met tijdsverloop is een kritieke variabele: dit suggereert dat het verwerken van informatie in begrensbare stappen plaatsvindt.

Na 1970 werden 3 kwesties overheersend:

1. Relevantie: hieruit kwam na voren dat laboratorium onderzoek wel degelijk helpt bij het verklaren van bepaalde werkelijke fenomenen, maar niet altijd bij praktijksituaties aansluit: Neisser is hier een belangrijke schrijver bij geweest.

2. Sufficiency (hier +/- bekwaamheid): Sternberg verklaarde simpele processen: is men ooit in staat dergelijke complexe processen te verklaren? Volgens Newell moest men zich meer gaan weiden aan menselijke cognitie. Als antwoord hierop hebben psychologen als Anderson (1983) getracht meer begrijpelijke theorieën te ontwikkelen, genaamd: Cognitive architectures, daar het beschrijft hoe een compleet cognitief systeem functioneert.

3. Necessity: is de Sternberg-theorie wel de manier waarop het menselijke brein functioneert? Anderson schreef een artikel in 1973 waarin hij Sternberg en andere modellen onderuithaalt en pleit voor het toenemende geloof in theorieën die verenigbaar zijn in wat ook wel bekend is als “brain functioning”. In het laatste tiental jaren van de 20e eeuw werd Cognitive Neuroscience belangrijk. Om de menselijke cognitie (het kennen) te begrijpen is het noodzakelijk om basiskennis te verwerven van de structuren en processen in het brein.

Kort hierna ontstond de cognitieve wetenschap: integreerde conclusies van diverse onderzoeken op het gebied van psychologie, filosofie, taalwetenschappen, neurologie en AI. Cognitieve wetenschap maakt ten opzichte van cognitieve psychologie meer gebruik van computersimulatie, cognitieve processen en logische analyses terwijl cognitieve psychologie sterk leunt op experiment-technieken voor het bestuderen van gedrag.