Behalten

Kognitive Architekturen und Produktionssysteme

Übersicht

1. Gedächtnis

2. Mehr-Speicher-Modelle

3. Arbeitsgedächtnis

4. Ein-Speicher-Modelle

1. GedächtnisArtgeschichtliches Gedächtnis

Erfahrungen vergangener Generationen in genetischem Code

= artspezifische, angeborene Verhaltensdispositionen erlauben Anpassung an invariante Umweltbedingungen

Individuelles Gedächtnis

Erfahrungen im Verlaufe des eigenen Lebens (ontogenetisch)

= individuumspezifische, erworbene Verhaltensdispositionen

Anpassung an sich verändernde Umweltbedingungen

Gedächtnisfunktionen

Retrospektion Bereits Gelerntes aktualisieren

AntizipationMögliche zukünftige Ereignisse vorhersehen

Strukturen und Prozesse

Strukturarchitektonische Beschaffenheit z.B. Speicher, Register, Netzwerk

ProzesseAufnahme von Informationen, Repräsentation, Verarbeitung, Produktion neuer Inhalte, Abruf von Informationen

2. Mehr-Speicher-Modelle

• Sensorisches Register

• Arbeitsspeicher

• Langzeitspeicher

• ACT-Modell

2. Mehr-Speicher-Modelle

• Mindestens zwei separate Speicher

vgl. James (1890): primär – sekundär

Arbeitsspeicher - Langzeitspeicher

• Speicher sind permanente Strukturen

• Kognitive Aktivität beim Übergang von einem zum anderen Speicher

Sensorisches Register

• Reizmuster werden modalitätsspezifisch abgelegt

= Präkategoriale Speicherung• Zeitlich begrenzte Verfügbarkeit: ½ bis 4

Sekunden große Kapazität • Verlust der Informationen beginnt sehr schnell

und ist sehr hoch• Verlust wegen nachdrängender Informationen

Kurzzeitspeicher

• Enthält Informationen aus sensorischem Register und Langzeitspeicher

• Längere Verfügbarkeit, selbst wenn Aufmerksamkeit kurzfristig abgezogen wird

• Überwiegend verbale Kodierung• Aufbewahrung und Verarbeitung (Arbeitsgedächtnis)• Haltedauer (ohne Aufmerksamkeit): 20 Sekunden• Kapazität auf sieben Einheiten beschränkt• Verlust von Informationen durch Interferenz,

fehlendes Wiederholen

Langzeitspeicher

• Informationen aus dem Kurzzeitspeicher (bewusst oder unbewusst)

• Unbegrenzte Kapazität• Unbegrenzte Dauer der Speicherung• Kodierung: deklarativ (Wissen), prozedural

(Fertigkeiten)• Verlust durch falsche Kodierung, Interferenz,

ungenügende Konsolidierung, motiviertes Vergessen, Misslingen des Abrufs

ACT- Modell

Adaptive Control of Thought: Psychologische Theorie kognitiver Prozesse

• Arbeitsgedächtnis

• Langzeitgedächtnis: deklarativ - prozedural

Arten kognitiver Inhalte

DeklarativWissen, dass ... !

Fakten

Begriffe

Scripts

Schemata

Fertigkeiten

ProzeduralWissen, wie ... !

Wissen generieren

Wissen anwenden

Schlussfolgern

Sätze bilden Geschichten erzählen

Prozeduralisierung und Automatisierung

Kognitives System verändert sich selbst, indem die im prozeduralen Langzeit-gedächtnis abgelegten Produktionen zur Anwendung kommen Prozeduralisierung

Je häufiger die Anwendung erfolgt, desto stärker werden die Fertigkeiten automatisiert Automatisierung

3. Arbeitsgedächtnis

Arbeitsgedächtnis statt Kurzzeitspeicher

Verarbeitung wichtiger als Verweildauer

Informationen unterschiedlicher Herkunft verarbeiten

Grundkonzeption: Hilfssysteme und Kontrollinstanz (zentrale Exekutive)

Arbeitsspeichersystem nach Baddeley (1986)

Zentrale Exekutive• kontrolliert und dirigiert die anderen Funktions-

einheiten des Verarbeitungssystems• kommt zum Einsatz, wenn es um kognitiv

anspruchsvolle Aufgaben geht• zur Erhöhung der Kapazität der zentralen

Exekutive werden Hilfssysteme herangezogen (z.B. artikulatorische Schleife, räumlich-visueller Notizblock; PET)

Räumlich-visueller Notizblock

• Unterstützungssystem für zentrale Verarbeitungs-einheit

• Visuell und/oder räumliche Informationen werden festgehalten

• Raum für die Verarbeitung mehrerer Informationen gleichzeitig Möglichkeit zum Üben inneres Auge, das gespeicherte Informationen visuell bereithält

Artikulatorische Schleife

• Unterstützungssystem für zentrale Verarbeitungs-einheit

• Rückkopplungsschleife des verbalen Übens• Zuständig für die zeitliche (in chronologischer

Reihenfolge) und serielle (in der Reihenfolge der Präsentation) Organisation von Informationen

z.B. Telefonnummer leise wiederholen, um sie sich einzuprägen (inneres Sprechen verbessert Gedächtnisleistung, wird es verhindert, verschlechtert sich die Leistung)

Arbeitsspeichersystem nach Baddeley (1986)

4. Ein-Speicher-Modelle

• Kennzeichen

• Selektive Aufmerksamkeit in Netzwerkmodellen

• Vergessen in Netzwerkmodellen

• Konnektionistische Netzwerke

Kennzeichen von Ein-Speicher-Modellen

• Netzwerkstruktur (dreidimensional)

• Knoten sind Informationseinheiten

• Verbindungen zwischen Gedächtnisinhalten entsprechen den Verknüpfungen der Knoten

• Sachverhalte als Knoten oder Teilnetz

Kennzeichen von Ein-Speicher-Modellen

• Netzwerkstruktur (dreidimensional)

• Knoten sind Informationseinheiten

• Verknüpfungen als Assoziationen

• Sachverhalte als Knoten oder Teilnetz

• Funktional in Ebenen untergliedert

• Verknüpfung über Ebenen hinweg (Oberflächenmerkmale, Gestalt, Bedeutung)

Gedächtnismodell (Shiffrin, 1966)

Kennzeichen von Ein-Speicher-Modellen

• Netzwerkstruktur (dreidimensional)• Knoten sind Informationseinheiten• Verknüpfungen als Assoziationen• Sachverhalte als Knoten oder Teilnetz• Funktional in Ebenen untergliedert• Verknüpfung über Ebenen hinweg

(Oberflächenmerkmale, Gestalt, Bedeutung)• Arbeitsgedächtnis ist temporärer Zustand des

Langzeitgedächtnisses

Verfügbarkeit, Aktivierung und Zugänglichkeit

• Im Langzeitgedächtnis vorhandene Kognitionen sind im Prinzip verfügbar; sie gelten als passiv und müssen erst aktiviert werden, damit kognitive Prozesse stattfinden können.

• Der Wechsel vom passiven zum aktiven Zustand von Teilen des Netzwerks entspricht der Aktivierung von Gedächtnisinhalten und ist gleichbedeutend mit dem Kurzzeitgedächtnis.

• Je häufiger Gedächtnisinhalte aktiviert werden, desto höher ist die chronische Zugänglichkeit der Kognitionen.

Selektive Aufmerksamkeit im Netzwerkmodell

Durch den Einsatz von Kontrollprozessen entscheidet das Individuum über die Menge der gerade aktivierten Inhalte des Netz-werks.

(Nicht mehr Wegfiltern von Informationen beim Übergang von einem zum nächsten Speicher.)

Vergessen im Netzwerkmodell

• Netzwerkteile, die nicht mehr Gegenstand bewusster Bearbeitung sind, werden wieder inaktiv.

• Vergessen bedeutet, dass man nicht mehr in der Lage ist, die Inhalte des Langzeit-gedächtnisses zu aktivieren.

Konnektionistische Netzwerke

Rumelhart, McClelland & PDP Research Group, 1986Neurobiologische Modelle und KI-ForschungFunktionsweise von Neuronen und Neuronenverbänden und Simulation kognitiver Prozesse durch Programmierung parallel data processing: Gehirnaktivitäten breiten sich netzartig von mehreren Zentren gleichzeitig aus Hochleistungsrechner arbeiten mit mehreren Prozessoren gleichzeitig

Neuronale Netzwerke mit Zwischenschichten

• 99,9% der neuronalen Aktivität findet innerhalb des ZNS statt

• Kommunikation zwischen verschiedenen Schichten des Großhirns

• Tiefere Schichten werden durch Eingabemuster aktiviert ( Interpretationsangebote von innen; Prototyp wird verfügbar)

• Zwischenschichten für Abstraktionsleistungen, Konzeptbildung

Literatur

• Goschke, T. (1996). Lernen und Gedächtnis: mentale Prozesse und Gehirnstrukturen. In G. Roth & W. Prinz (Hrsg.) (1996). Kopf-Arbeit. Gehirnfunktion und kognitive Leistung (S. 359-410). Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag.

• Strube, G. (1992). Neokonnektionismus: Eine neue Basis für die Theorie und Modellierung menschlicher Kognitionen. Psychologische Rundschau, 41, 129-143.

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