מדעים קוגניטיביים

המדעים הקוגניטיביים (או מדעי הקוגניציה) עוסקים בחקר ההכרה, כלומר בחקר כל התהליכים המעורבים ברכישת ידע, עיבודו, ייצוגו ויישומו.
מקור המילים "קוגניטיבי", "קוגניציה" הוא במילה הלטינית קוגנוסְקרה (cognoscere) שמשמעותה "לדעת, להכיר".

תיאור כללי

המחקר במדעים הקוגניטיביים עוסק בנושאים רבים, ביניהם תפיסה, חשיבה, למידה, שפה, כישורים מוטוריים, המוח והאינטליגנציה. אופי המחקר הוא רב-תחומי, כלומר משתמש בידע ובשיטות שמקורם בתחומים שונים. התחומים העיקריים התורמים ידע ושיטות למדעים הקוגניטיביים הם: פסיכולוגיה (בייחוד פסיכולוגיה קוגניטיבית ונוירופסיכולוגיה), בלשנות (מודרנית, להבדיל מהבלשנות המסורתית), ביולוגיה (בעיקר נוירוביולוגיה), מדעי המחשב (בעיקר אינטליגנציה מלאכותית - כאשר התחומים העיקריים הם חישוב סימבולי ורשתות עצביות), פילוסופיה (בעיקר פילוסופיה אנליטית) ומתמטיקה. דגש רב ניתן ליצירת מודלים מתמטיים וסימולציות ממוחשבות, פעמים רבות תוך השוואת ביצועי המודלים להתנהגות אנושית אמיתית, כפי שהיא מתבטאת במחקרים התנהגותיים, ושיפור המודלים בהתאם.
המדעים הקוגניטיביים יכולים לזקוף לזכותם לא מעט. בין יתר הישגיהם, הם העלו מודלים של הטיות קוגניטיביות אנושיות, ותפיסת סיכון; וכן השפיעו על חקר ההתנהגות הפיננסית, הנחקרת בכלכלה. כמו כן קשורות אליהן תאוריות בפילוסופיה של המתמטיקה, תאוריות של אינטֶליגנציה מלאכותית ושכנוע.

קוגניטיבי

המונח "קוגניטיבי" במדעים קוגניטיביים משמש לתיאור כל סוג של תהליך או מבנה מנטלי שניתן לחקור במונחים מדויקים. המשגה זו היא רחבה מאוד ואין לבלבל בינה לבין השימוש של המונח בפסיכולוגיה אנליטית, שם הוא מתייחס לחוקים פורמליים וסמנטיקה מותנית. עם זאת, השקפה זו דומה להשקפה היסטורית של המדעים הקוגניטיביים על טבעה של הקוגניציה - סמלית ולוגית.

היסטוריה

את העיסוק בקוגניציה ניתן למצוא עוד בכתבים של הפילוסופים היווניים (לדוגמה, בדיאלוג מנון של אפלטון), ולאורך כל ההיסטוריה בכתביהם של רנה דקארט, דייוויד יום, עמנואל קאנט, ברוך שפינוזה, מלבראנש, לייבניץ ג'ון לוק ורבים אחרים. כל אלו תרמו רבות לגילוי הפילוסופי של מושג הנפש, אך סט הכלים איתו עבדו היה שונה לחלוטין במהותו מסט הכלים שבשימוש המדענים הקוגניטיביים בימינו.
ההתפתחות המדעים המודרנית בתחום מדעי הקוגניציה החלה עם פרוץ ענף הקיברנטיקה בשנות ה-30 וה-40 של המאה ה-20. החוקרים בתחום זה, ובראשם וורן מק'אלוג ווולטר פיטס, ביקשו למצוא את העקרונות הבסיסיים העומדים מאחורי הנפש. הם אלו שפיתחו את הגרסאות הראשוניות ביותר של מה שמוכר היום בשם רשת עצבית מלאכותית - מודל חישובי שמבנהו דומה לזה של רשתות עצביות ביולוגיות.
מבשר נוסף של המדעים הקוגניטיביים היה פיתוחה של תאוריית החישוביות והמחשב הדיגיטלי בשנות ה-40 וה-50 של המאה ה-20. אלן טיורינג וג'ון פון נוימן היו האבות המייסדים בתחומים אלו. המחשב המודרני, או מכונת פון נוימן, יהווה מעתה והלאה כלי עיקרי במדעי הקוגניציה, הן כמטאפורה או מודל לנפש, והן ככלי לפיתוח ומחקר.
בשנת 1959 פרסם נועם חומסקי סקירה על הספר 'התנהגות מילולית' (Verbal Behavior) של פרדריק סקינר. בזמנו, הפרדיגמה הביהביוריסטית של סקינר שלטה בכיפת הפסיכולוגיה. רוב הפסיכולוגים התמקדו בקשרים הפונקציונליים בין הגירוי לבין התגובה, מבלי להניח ייצוגים פנימיים. חומסקי טען שבכדי להסביר שפה, אנו צריכים תאוריה כדוגמת הדקדוק הגנרטיבי, שלא זו בלבד שמניחה ייצוגים פנימיים, אלא אף מאפיינת אותם.
בשנות ה-70 ותחילת ה-80, חוקרים רבים בתחום המדעים הקוגניטיביים בחנו את האפשרות של בינה מלאכותית. חוקרים כדוגמת מרווין מינסקי, כתבו תוכנות מחשב שונות בשפות מחשב כגון LISP, בניסיון לאפיין באופן רשמי את הצעדים שבני האדם עוברים במהלך תהליכים קוגניטיביים שונים, כגון קבלת החלטות ופתירת בעיות. כל זאת נעשה בתקווה לנסות להבין טוב יותר את החשיבה האנושית, וכן בניסיון ליצור 'מוחות מלאכותיים'. גישה זו ידועה בתור "בינה מלאכותית סמלית" (Symbolic AI).
בסופו של דבר, החוקרים הבינו כי גישת הבינה המלאכותית הסמלית מוגבלת מדי ביכולותיה לתאר את מגוון היכולות הקוגניטיביות של המין האנושי, בצורה יעילה ושמישה. בשנות ה-80 המאוחרות ובשנות ה-90 עלו לשיח המדעי פרדיגמות מחקריות כדוגמת רשתות נוירונים וקונקציוניזם (Connectionism, חיבוריות) המיוחסות בעיקר לחוקרים ג'יימס מקללנד ודייוויד רומלהרט. לפי גישה מחקרית זו, הקוגניציה יכולה להיות מתוארת כסט של חיבורים סבוכים, המהווים רשת רבת-רבדים. ביקורות לגישה זו טענו כי ישנן תופעות מסוימות המוסברות באופן טוב יותר על ידי מודלים סימבוליים (השייכים לSymbolic AI), וכן שבמרבית המקרים מודלים קונקשניסטים שכאלה כה מסובכים ומורכבים, עד כדי איבוד יכולתם ההסברית. שני המודלים - המודל הקונקשניסטי והמודל הסימבולי שולבו לכדי מודל אחד, שמאפשר לנצל את יתרונות שתי הגישות להסבר הבעיה.

רמות הניתוח

עניין מרכזי בחקר המדעים הקוגניטיביים הוא שלא ניתן ללמוד באופן מלא על הקוגניציה על ידי חקירה של רמה אחת בלבד. דוגמה פשוטה לכך ניתן למצוא בתהליך של שינון מספר טלפון, וההיזכרות בו לאחר מכן. כדי להבין את התהליך הזה, אפשרות אחת תהיה לחקור את התהליך בהתבוננות בלבד: הנבדק בניסוי יתבקש לשנן מספר טלפון, ולאחר זמן מה להיזכר בו, כאשר מידת הדיוק בביצועים נבדקת. אפשרות שנייה תהיה למדוד את ירי הנוירונים בעת ניסיון הנבדק להיזכר במספר הטלפון. הבעיה היא שאף לא אחת מן השיטות הללו כשלעצמה תוכל להסביר את התהליך של זכירה והיזכרות במספר טלפון. אפילו אם הטכנולוגיה למיפוי של נוירונים בודדים בזמן אמת הייתה קיימת, והיינו יודעים היכן בדיוק הנוירון ירה, עדיין היה זה בלתי אפשרי להבין מכך כיצד ירי מסוים של נוירונים מיתרגם להתנהגות מסוימת. לכן, מה שצריך כאן הוא היכולת לשלב בין שתי הרמות המתייחסות אל אותה ההתנהגות/תהליך. יכולת זו מסופקת על ידי חקר הרמה הפונקציונלית של התהליך. חקר אודות תופעה מסוימת ברמות שונות של ניתוח מביא לידי הבנה טובה יותר של התהליך המתרחש במוח שמביא לידי אותה התנהגות נצפית. מאר נתן לכך תיאור מפורסם, של שלוש רמות הניתוח:
1. הרמה החישובית - בה מפורטים כל מטרות החישוב (אפיון היכולת).
2. הרמה האלגוריתמית - בה מובאים הייצוגים של הקלט והפלט, והאלגוריתם שמביא מן הקלט אל הפלט (האופן בה היכולת מושגת).
3. רמת המימוש בחומרה - האופן בו האלגוריתם ממומש.

רב תחומיות

המדעים הקוגניטיביים משלבים בתוכם ענפים מדעיים רבים, התורמים לפיתוח ולהבנה, כדוגמת: פסיכולוגיה, מדעי המוח, בלשנות, פילוסופיה, מדעי המחשב, אנתרופולוגיה, סוציולוגיה וביולוגיה. יש אף כאלו המטילים ספק בקיומו של מדע 'קוגניטיבי' אחיד, ומעדיפים להתייחס לתחום ברבים: מדעי הקוגניציה.
רבים מהמדענים הקוגניטיביים דוגלים בגישה הפונקציונליסטית. גישה זו גורסת כי מצבים נפשיים מאופיינים רק באופן בהם הם מאורגנים פונקציונלית, כלומר: מה שמשנה הוא המבנה הפונקציונלי, מערך הקשרים הסיבתיים, בין יחידות העיבוד השונות. המצבים הנפשיים אינם מוגדרים על ידי המצב הפיזיקאלי שמממש אותם (לא על ידי נוירון בודד, אלא על ידי הקשרים ביניהם). במילים אחרות: כל מכונה המממשת את הפונקציה המתאימה נחשבת כחווה את אותו ה'מצב הנפשי', על אף שהמימושים יכולים להיות שונים עד מאוד. לפי גרסאות מסוימות של הפונקציונליזם, אפילו למערכות לא אנושיות, כמו מינים אחרים של בעלי חיים או מחשבים מתקדמים, בעקרון, יש מצבים נפשיים.

מהי קוגניציה

המונח 'קוגניציה' "משמש לתיאור כל סוג של פעולה מנטלית או מבנה שניתן ללמידה במונחים מדויקים" (לייקוף ומארק ג'ונסון, 1999). המשגה זו רחבה מאוד, ואין לבלבלה עם האופן בו קבוצות מסוימות כגון הפילוסופים האנליטיים משתמשים במונח 'קוגניציה' (אצלם המונח מתייחס רק לחוקים פורמליים ותנאי אמת מסוימים).
הפירוש הראשון לערך 'קוגניציה' במילון האנגלי של אוקספורד מתייג באופן גס את המונח בתור משהו שקשור "לפעולה או לתהליך של ידיעה". הפירוש הראשון, משנת 1586 הצביע על כך שהשימוש הראשון במילה זו היה בהקשר של דיונים אודות תאוריות אפלטוניות על ידע. על כל פנים, הרוב המוחלט מסכים כי המדעים הקוגניטיביים אינם עוסקים בתחום כה מוצק וברור כמו הידע לפי אפלטון.

טווח הקוגניציה

המדעים הקוגניטיביים הם שדה מחקרי גדול, המכסה נושאים רבים הקשורים לקוגניציה. ברם, לא כל נושא שקשור באופן כלשהו לפעולת הנפש ולאינטליגנציה נמצא תחת זכוכית המגדלת המחקרית. גורמים חברתיים ותרבותיים, רגש, מודעות, אינטליגנציה בבע"ח, כמו גם גישות השוואתיות ואבולוציוניות בפסיכולוגיה במרבית המקרים לא מקבלים את הבמה שלהם בשיח המחקרי בקוגניציה (לרוב הדבר נובע מוויכוחים פילוסופיים בנושא). נושא נוסף שמדעי הקוגניציה נוטים להימנע מלעסוק בו הוא קיומה של הקואליה, ורק אולי מזכירים אותו כעניין פילוסופי פתוח. למרות כל זאת, ישנם חברים בקהילת המדעים הקוגניטיביים שטוענים כי כל אלו הם נושאים חיוניים בשיח הקוגניטיבי, ומצביעים על החשיבות של חקירתם.
להלן מספר נושאים מרכזיים במדעי הקוגניציה. זוהי אינה רשימה מקיפה, אלא רשימה שנועדה להביא את מגוון ההתנהגויות והתופעות הקוגניטיביות הנחקרות.

שיטות מחקר

שיטות רבות נהוגות במחקר הקוגניטיבי. הואיל ומדעי הקוגניציה הוא כה רב תחומי, גם המחקר כולל תחומים רבים, ומשלב שיטות מחקר מענפי הפסיכולוגיה, מדעי המוח, ותאוריית המערכות.

מודלים חישוביים

שימוש במודלים חישוביים דורש ייצוג פורמלי מתמטי ולוגי של הבעיה. מודלים ממוחשבים נמצאים בשימוש בסימולציות ובאימות מחקרי של תכונות שונות של האינטליגנציה. מודלים חישוביים יכולים לעזור לנו להבין את הארגון הפונקציונלי של תופעה קוגניטיבית מסוימת. ישנן שתי גישות בסיסיות למידול קוגניטיבי. הראשונה מתמקדת בתפקודים מנטליים מופשטים של מוח אינטליגנטי, ומשתמשים בסמלים על מנת לבטא את הקשרים השונים. השנייה, שפועלת על פי התכונות של הקישוריות הנוירונלית במוחנו, נקראת סאב-סימבולית.

ממצאים עיקריים

מדעי הקוגניציה הצליחו לא מעט. בין ההישגים הבולטים, המדעים הקוגניטיביים עודדו את פיתוחם של מודלים של הטיות קוגניטיביות ותפיסת סיכונים, והשפיעו רבות על פיתוחה של הכלכלה ההתנהגותית, חלק מענף הכלכלה. כמו כן, מדעי הקוגניציה קידמו תאוריה חדשה של הפילוסופיה של המתמטיקה, ותאוריות רבות בענפי הבינה המלאכותית, תורת השכנוע והאילוץ. נוכחותם של מדעי הקוגניציה בולטת בעיקר בפילוסופיה של הלשון ובאפיסטמולוגיה - החייאה מודרנית של הרציונליזם, כמו גם הנחת יסודות חשובים בבלשנות המודרנית. לתחומים השונים של מדעי הקוגניציה יש תרומה להבנה שלנו את המערכות התפקודיות השונות שבמוחנו (ואת המגבלות התפקודיות), החל מהפקת דיבור וכלה בעיבוד שמיעתי ובתפיסה חזותית. בעקבות חקר הקוגניציה חלה התקדמות בהבנה שלנו כיצד נזק לאזור מוחי מסוים משפיע על הקוגניציה, וכן בחשיפת הסיבות והתוצאות של מגבלות תפקודיות למיניהן, כדוגמת דיסלקסיה, אנופיה והזנחת צד.

ביקורת

עלייתם של מדעי הקוגניציה קשורה לתהליך המכונה המהפכה הקוגניטיבית שהחל בשנות ה-50 של המאה ה-20. במסגרת תהליך זה, השפיעו תהליכים ממדעים רבים על האופן שבו נחקרת הקוגניציה האנושית. בין התהליכים שהשפיעו על המהפכה הקוגניטיבית ניתן למנות את עליית הבינה המלאכותית במדעי המחשב, הבלשנות המודרנית בתחום הבלשנות, המודלים החישוביים והמתמטיים ברבים ממדעי הטבע, הפסיכולוגיה הקוגניטיבית בפסיכולוגיה, מדעי המוח בביולוגיה, הפונקציונליזם בפילוסופיה ועוד. כל אחד מתהליכים אלה לא התרחש ללא ביקורת. בשל יסודם של מדעי הקוגניציה בתהליכים אלה, רבות מהביקורות שהושמעו כנגד אותם התהליכים מהוות למעשה גם ביקורות כנגד מדעי הקוגניציה עצמם, והוגים שביקרו את אותם התהליכים ביקרו, בחלקם, גם את מדעי הקוגניציה. בין מבקרים אלה נמנה גם פרדריק סקינר ונציגים אחרים של זרם הביהייביוריזם בפסיכולוגיה.

חוקרים מרכזיים

כמה מן השמות היותר מוכרים במדעי הקוגניציה הם לרוב השנויים ביותר במחלוקת, או המצוטטים ביותר. 
בענף הפילוסופיה נמנים דניאל דנט, שכותב מנקודת מבט של מערכות חישוביות; ג'ון סרל הידוע בשל הניסוי המחשבתי שלו - החדר הסיני השנוי במחלוקת; ג'רי פודור חסיד הפונקציונליזם והמטריאליזם הלא-רדוקטיבי, ודאגלס הופשטטר שמפורסם בזכות כתיבת ספרו גדל, אשר, באך, שעוסק בשאלות אודות הטבע של המילים ושל המחשבה.
בתחום הבלשנות השפיעו רבות נועם חומסקי וג'ורג' לייקוף. בתחום הבינה המלאכותית מובילים מרווין מינסקי, הרברט סיימון, אלן ניוול וקווין ווריק. בממלכת הפסיכולוגיה השמות הפופולריים כוללים את ג'יימס מקללנד וסטיבן פינקר. 
האנתרופולוגים דן ספרבר, אדווין האטצ'ינס, סקוט אטראן פסקל בויר וג'וזף הנריך היו מעורבים במיזמים שיתופיים עם פסיכולוגים קוגניטיביים וחברתיים, מדענים פוליטיים וביולוגים אבולוציונים, בניסיון לפתח תאוריות כלליות של יצירת תרבות, דת וקשרים פוליטיים.