Karmiloff-Smith: Beyond Modularity

Po dlhom čase sa znovu dostávam k vývinovej psychológii. V poslednom príspevku k tejto téme som predstavil hlavné teoretické prúdy. V nasledujúcich príspevkoch predstavím zopár zaujímavých monografii z vývinovej psychológie. Ako prvú som vybral knižku od Annette Karmiloff-Smith (AKS), ktorá vyšla pred viac než dvadsiatimi rokmi. Jej kniha je podľa mňa prvá post-piagetiánska kniha snažiaca sa o ucelený pohľad na ľudský vývin. Kniha sa pokúša o posun oproti neplodnej nature-nurture debate ktorá prebiehala v 70. a 80. rokoch medzi Piagem a Fodorom/Chomskym. AKS bola dlhé roky žiačkou a spolupracovníčkou Piageho na Ženevskej univerzite. S nástupom habituačných štúdii vo výskume kojencov a nimi získanej evidencie sa však jej pohľad výrazne odklonil od Piageho konštruktivizmu. Na druhej strane však neakceptovala nativistické predstavy Fodora a Chomského. Ako som už písal títo v podstate popierajú existenciu vývinu. Moduly sú buď prítomné od narodenia alebo sú naštartované maturáciou (podobne ako pohlavné zmeny v puberte). Ak sa niečo vyvíja, tak sú to len centrálnymi procesmi získané vedomosti. AKS nesúhlasí s Fodorovým striktným delením na vstupné systémy (moduly) a centrálne procesy. AKS odmieta existenciu predprogramovaných modulov a že by ich výstupy mali spoločný formát (Fodorov Jazyk mysle). Túto pozíciu odráža aj titul knihy. Ako som však spomenul AKS sa rozchádza aj s Piagem a jej kniha by sa kľudne mohla volať aj Beyond Constructivism. AKS prijíma (tak ako nativisti), že vývin je doménovo špecifický. To znamená, že vývin prechádza asynchrónnymi trajektóriami v rozličných doménach (jazyk, vedomosti ohľadom fyziky alebo psychológie) a teda, že niečo ako Piageho vývinové etapy neexistuje. To však ešte neznamená, že vývin v rôznych doménach je nezávislý alebo že by nemal spoločné črty. AKS nahrádza Piageho etapový model svojím fázovým modelom. Podľa tohoto rôyzne domény (a mikrodomény v rámci týchto) prechádzajú rovnakými fázami. AKS volá tento fázový proces reprezentačný prepis (Representational redescription, RR). Proces pozostáva z troch fáz. V prvej fáze sa dieťa spolieha na input z okolia, ktorý mu umožní vyriešiť problém ktorému čelí. V tejto fáze môže byť dokonca správanie dieťaťa podobné tomu u dospelého, ale formát reprezentácie umožňujúci správanie je odlišný. Deti sa s riešením neuspokoja. V druhej fáze zmenia formát reprezentácie. Táto zmena je vnútorne motivovaná. Deti konsolidujú svoje vedomosti čo môže viesť k dočasnému zanedbaniu indícii získaných z okolia, dôležitých pre riešenie problému a v konečnom dôsledku k zhoršeniu riešenia úlohy. Až v tretej fáze sa deti dostanú naspäť na úroveň riešenia z prvej fázy. Ich reprezentácie problému sú však iné a umožňujú flexibilnejšie správanie.

RR proces umožňuje deťom preklenúť priepasť medzi odlišnými formátmi reprezentácii. AKS rozlišuje štyri formáty/úrovne reprezentácie. Na prvej úrovni (I) sú reprezentácie implicitné a doménovo špecifické. Reprezentácia na druhej úrovni (E1) umožňuje zovšeobecňovanie vedomosti a ich použitie v rámci iných domén. Vedomosti sa postupne stávajú stále viac explicitnými. Reprezentácie na tretej úrovni (E2) sú prístupné vedomej reflexii a vedomosti reprezentované na štvrtej úrovni (E3) dokážu deti verbálne sformulovať. (Tretiu a štvrtú úroveň AKS často spája dokopy do E2/3, keďže tieto úrovne v mnohých prípadoch nie je možné empiricky odlíšiť.) Tento proces nepopisuje len vývin ale proces učenia všeobecne. AKS to ilustruje na príklade učenia sa hrania na klavír. Na začiatku sa žiak snaží získať procedurálne schopnosti – dostať do rúk postupnosť tónov a následnosť melódii. Tieto vedomosti sú automatické a implicitné (I). Postupným ďalším tréningom sa jeho hranie stáva flexibilnejším. Dokáže zrýchliť spomaliť alebo zmeniť dynamiku (E1). Nakoniec žiak sa naučí improvizovať. Dokáže obmieňať melódie a hrať variácie na danú tému (E2/3).  AKS pripúšťa že vstupy a výstupy pre rôzne formáty nemusia nasledovať postupnosť (ako v prípade hrania na klavír), ale napríklad, E1, E2 aj E3 môžu byť odvodené z I alebo E1 a E2 odvodené z I a E3 odvodené z E1. Takisto viaceré formáty môžu existovať paralelne a nájsť svoju aplikáciu v rôznych kontextoch.

Štruktúra knihy reflektuje doménovú špecifickosť vývinu. Rôzne kapitoly sú venované rozličným doménam. Ako ukážku priblížim druhú kapitolu, ktorá je venovaná vývinu jazyku. AKS ukazuje, že evidencia stojí v rozpore s Piageho pohľadom na vývin jazyka. Podľa Piageho je jazyk odvodený z gest a senzomotorických vzorov. Napríklad pochopenie konceptu nádoby (ako objektu ktorý môže obsahovať iný objekt) je dôležitým predpokladom pre pochopenie členenia viet. AKS spomína výskum s hluchonemými deťmi. Tieto vskutku najprv používajú gestá pre komunikáciu, napríklad pre Ja ukážu na seba a pre Ty ukážu od seba. Problém je v tom že vo fáze nástupu jazykových schopností počas druhého roku, deti začnú používať ukazovanie symbolicky a nesprávne. Ukazovanie od seba používajú pre označenie seba pretože videli, že tento znak takto používajú iný keď referujú o nich. Takéto použitie je nesprávne z hľadiska gest ale aj z hľadiska posunkovej reči. (K tomuto omylu však dochádza bežne aj u hovoriacich deti, ktoré v určitej fáze označujú seba ako “ty” a napríklad svoju mamu ako “ja”.) V neskoršom veku deti zistia ako správne zámená používať. Tento výskum ukazuje, že jazyk nie je jednoduchým rozšírením gestikulácie ako si Piaget predstavoval. Príklad zároveň ilustruje RR proces a jeho prechod fázou suboptimálneho správania.

AKS ilustruje implicitné jazykové schopnosti detí. Napríklad jeden a pol roční kojenci dokážu rozlíšiť vety obsahujúce tranzitívne a intranzitívne vetné štruktúry. (Deti sú prekvapené ak A robí niečo B a pritom hlas hovorí, že B robí niečo.) Dvojročné detí dokážu posúdiť správne použitie kauzatívnych slovies a takisto spojky “s”, dlho predtým než tieto slová sami začnú používať.

Implicitné semantícké a syntaktické znalosti usmerňujú pozornosť detí na aspekty reči, ktoré im napomôžu k nadobudnutiu exlicitných vedomostí. Tieto vedomosti sa však ďalej vyvíjajú. Napríklad 4/5 ročné deti používajú správne určitý člen a zámeno (“the” a “my”) v závislosti od kontextu reči avšak až ako 10 ročné dokážu vysvetliť prečo je použitie zámena v danom kontexte správne. AKS podáva ďalšie ilustrácie RR modelu na príkladoch vývinu konceptu slova, používania určitých a neurčitých členov. Jej posledný príklad sa týka štruktúry rozprávania. Napríklad zámená ako ona alebo on nie sú používané často a ak áno tak prevažne na označenie hlavného aktéra/aktérky.V ostatných prípadoch je daná osoba referovaná menom alebo vedlajšou vetou. Sedem ročné deti dokážu správne vybrať zámená (E1) avšak ani mnohí dospelí nedokážu vysvetliť dôvody ich voľby (E2/E3). RR je teda proces, ktorý nemusí byť v rámci vývinu vôbec skončený.

Zhrnutie nasledujúcich kapitol si odpustím. Tieto nasledujú štruktúru druhej kapitoly – najprv AKS predstaví Piageho pozíciu, potom príde na rad novší nativistický výskum. Tento sa zaoberá skorými implicitnými vedomosťami. AKS následne ukazuje ako v každej doméne dochádza k vývinu explicitných reprezentácii a ako RR model tento vývin dokáže popísať.

Každá kapitola predstavuje inú domény. Tretia kapitola je venovaná vývinu znalostí fyzikálneho sveta (vlastnosti objektov, gravitácia, pohyb). Štvrtá kapitoly sa zaoberá vývinom konceptu čísla. V piatej kapitole sa dozvieme o sociálnych schopnostiach a znalostiach u detí. Nakoniec šiesta kapitola sa zaoberá vývinom písania a kreslenia.

V predposlednej kapitole AKS znova diskutuje nativizmus a Piageho konštruktivizmus. Podľa AKS je jadrom Piageho teórie jeho epistomológia zdôrazňujúca dynamický a epigenetický charakter detského vývinu a nie jeho etapový model. Podľa AKS, teda odvrhnutie etapového modelu nie je rozlúčkou s Piageho názormi, ale svoj RR model vníma ako dôsledok aplikácie Piageho epistemológie a teda ako pokračovanie a rozvoj Piageho myšlienkového dedičstva. AKS sa však odkľáňa aj od záverov nativistických autorov (Spelke, Gelman, Leslie), ktorých štúdie pred tým použila pri argumentácii proti Piageho názorom. Konkrétne poznamenáva že skoré schopnosti modulárneho charakteru môžu byť produktom epigenézy, kde učenie a skúsenosť hrá dôležitú rolu. To, že výsledné schopnosti vykazujú znaky modularity AKS neodrádza. V tomto prípade hovorí AKS o modularizácii – o procese keď sa  doménovo všeobecné, senzomotoricky naučené schopnosti postupne stanú automatickými, rigídnymi a doménovo špecifickými. (Modularizácia zodpovedá prvej časti učenia hrania na klavír, keď sa žiak snaží získať procedurálne schopnosti.) AKS sa odvoláva na evidenciu o plasticite mozgu, ktorá podľa nej spochybňuje existenciu vrodených modulov a la Fodor aj keď ďalší výskum je potrebný. Vrodené faktory ak aj existujú nebudú mať podľa AKS formu vedomostí alebo schopností. Stačí, aby bola pozornosť kojenca správne nasmerovaná na to aby sa RR proces evolúcie schopností a vedomostí odlepil od zeme. Ak je podľa AKS niečo vrodené tak sú to biasy v pozornosti alebo v motivácii kojenca. Pod epigenetických vývinom AKS rozumie práve interakciu týchto vrodených biasov s informáciami poskytnútími prostredím, čo vedie k procesu učenia a získavania vedomostí a schopností.

Záver knihy sa dá premrhať – napríklad tak ako to spravil Tony Chemero, keď venoval posledné dve kapitoly filozofovaniu o vedomí, alebo je možné na záver ešte posledný krát zapnúť na plný plyn. Tak spravila AKS keď poslednú kapitolu venovala formálnemu modelovaniu. Podľa AKS je znalosť detského vývinu dôležitá pre teoretizovanie v kognitívnych vedách a tak sa snažila napísať knihu, ktorá by zaujala aj kognitívnych vedcov. Keďže títo majú okrem iného záľubu v matematickom modelovaní pridala AKS aj kapitolu o modelovaní. AKS sa zaoberá konekcionizmom, pod ktorý radí neurónové siete a dynamické systémy a ktorý ma najbližšie k jej predstavám o vývine. Neurónové siete podľa AKS dobre popisujú nadobúdanie implicitných vedomostí a aj proces modularizácie. AKS však chýba formalizácia jej RR procesu. AKS vidí dve výzvy pre konekcionistov ak chcú formalizovať RR proces. Po prvé, E1 formát prípúšťa výmenu informácii v rámci domén a mikrodomén. Problém je v tom, že konekcionistické modely sa zaoberajú výlučne učením jednej konkrétnej úlohy, zvládnutím konkrétneho problému. Pre modelovanie RR procesu je potrebný systém ktorý sa učí a vyvíja paralelne (avšak nie nutne synchrónne) vo viacerých doménach. Riešením môže byť hierarchická interakcia viacerých neurónových sieti, každá slúžiaca určitej doméne. Druhým problémom je, že či a ako dokážu neurónové siete uložiť explicitný symbolický obsah. Možným riešením je kombinácia konekcionistických a symbolických techník do hybridnej architektúry.

Na záver, v epilógu sa AKS zamýšla nad tým, že RR proces je unikátnou kognitívnou schopnosťou ľudí: “The RR model is fundamentally a hypothesis about the specifically human capacity to enrich itself from within, by exploiting knowledge already stored, not by just exploiting the environment.” (Karmiloff-Smith, 1992, s. 192)

Poukazuje na to, že pokusy naučiť opice jazyk zostali viaznúť na neschopnosti opíc dosiahnuť viac než implicitnú reprezentáciu gramatiky.

Z reakcii som našiel diskusie k článku Clarka a AKS (1993) v Mind and Language a diskusiu k Precis v BBS (Karmiloff-Smith, 1994). Filozofi sa vybúrili v Mind & Language a tak som mohol s kľudom siahnúť po diskusii v BBS aj keď nejaké filozofické diskusie skĺzli aj sem. Tieto sa väčšinou točili okolo problémov ako možno reprezentácie prepísať do spoločného explicitného jazyka, koľko takýchto jazykov treba a či by predsalen nebolo úspornejšie ostať pri stáde modulov a jednom reprezentačnom jazyku (Fodorov Jazyk mysle). Našťastie sa ozvali aj nejakí inžinieri a informatici. V podstate už začiatkom 90. rokov existovali modely funkčne podobné RR modelu. Tom Schulz spomenul svoje pokusy modelovať vývinové dáta s neuronovými sieťami, ktoré menia (rastú) svoju architektúru počas učenia. Rick Grush zasa spomenul koncepty z teórie riadenia: emulátor a riadiaci okruh (controller). Emulátor umožňuje simulovať javy na základe správania, zatiaľčo riadiaci okruh určí na základe pozorovaných javov optimálne správanie. K vnútornej zmene reprezentácie analogickému k RR procesu môže dojsť v systéme, ktorý obsahuje emulátor a takisto riadiaci okruh. Takýto systém simuluje dianie vo svete a ná zaklade výsledkov simulácii prispôsobí správanie. Takto môže sa môže systém učiť bez akýchkoľvek nových dát. Dnes nájdeme zodpovedajúce algoritmy v oblasti spätnoväzbového učenia (RL, reinforcement learning) pod hlavičkou Model-based RL. S podobnými predstavami prišiel aj Aaron Sloman. Sloman rozoberá knihu v tomto článku.

Celkovo je však autorke knihy ťažko vyhovieť a to nielen v hladaní počítačových implementácii RR ale aj pri hľadaní podporujúcej alebo protichodnej evidencie. Ako s väčšinou teoretizovania v psychológii je návrh AKS moc hmlistý aby mohol byť empiricky prešetrení. Akú konkrétnu hypotézu napríklad RR model poskytuje? Zvládnuté implicitné učenie je dôležitou podmienkou pre RR proces a pre vznik explicitných reprezentácii. Je to však dostatočná podmienka? Nie, AKS sama tvrdí, že v niektorých prípadoch k RR procesu vôbec nemusí dojsť a reprezentácie nedosiahnu plne explicitnú úroveň (viď. vyššie spomínaný príklad vedomostí štruktúry rozprávania). Je to nutná podmienka? Ďalší prispievatelia v diskusii poukázali na príklady, kde k RR procesu dochádza v prípadoch kde implicitné učenie nie je plne zvládnuté. Takisto boli zdokumentované interakcie, kde sa samotná implicitná reprezentácia mení v priebehu prepisu do explicitnej formy (teda v priebehu RR procesu). Samozrejme RR model možno rozšíriť tak, aby obsahoval všetky tieto prípady. Model sa však stane tým bezobsažný a nezaujímavý. AKS sa bráni, že jej návrh bol myslený ako teoretický rámec, ktorého detaily doplnia ostatní výskumníci. V tomto ohľade sa aj cíti sklamaná diskusiou v BBS. Takýto prístup mi pripadá nepoctivý. Novú Matúšovu teóriu všetkého, ktorej detaily doplnia fyzici som schopný dodať každý deň v týždni. Prístup AKS je ale charakteristický pre úroveň teoretizovania v psychológii. Diskusie (napr. v BBS) pripomínajú bublajúci kotol kde vedci po sebe háďžu a odrážajú naspäť názory v nádeji, že po vzore hry telefón vznikne niečo teoreticky prevratné. Takýto akademický kabaret je určite príjemnejší ako tá správna alternatíva – sadnúť si a pokúsiť sa formalizovať problém a jeho potenciálne riešenie.

Clark, A., & Karmiloff-Smith, A. (1993). The cognizer’s innards: a psychological and philosophical perspective on the development of thought. Mind & Language, 8(4), 487-519.

Karmiloff-Smith, A. (1994). Precis of beyond modularity: A developmental perspective on cognitive science. Behavioral and Brain Sciences, 17(4), 693-706.

Karmiloff-Smith, A. (1992). Beyond Modularity: A Developmental Perspective on Cognitive Science. MIT press.