Профессор Баксанский Олег Евгеньевич Когнитивная наука и когнитивные технологии: от познания к практике.

Когнитивная наука представляет собой семейство дисциплин, объединенных единой проблематикой и сходными методологическими принципами. Традиционно к ним относят философию (эпистемологию и методологию науки), лингвистику, психологию, нейрофизиологию, область искусственного интеллекта науки

Что такое когнитивная наука? Когнитивная наука представляют собой междисциплинарный синтез наук связанных единой проблематикой (сознание-мозг-язык). Когнитивная наука занимается познанием познания – метапознание. Главная особенность когнитивной науки в исследовании познания в многодисциплинарном диалоге – философия науки, нейронаука, теория информации, лингвистика, психология.

Познание в философии Феномен познания исследуется в философии, начиная с Парменида и Платона больше двух тысяч лет. В философской теории познания традиционно ставились вопросы о познаваемости мира, об источниках знания, границах познания, критериях истины и многие другие, в которых анализировалась природа познания. Были выявлены онтологическая и социокультурная обусловленность познания Исследуются проблемы методологии познания Выделены различные когнитивные практики в качестве моделей познания.

Исследование познания в науке С XX в. познание начинает изучаться не только в философии, но и средствами конкретных наук – психологии, физиологии, медицины, кибернетики, лингвистики. С середины ХХ в интересы ученых концентрировались на когнитивных темах, сформировалось новое понимание человеческого поведения как детерминированного знаниями.

Этапы развития когнитивной науки Когнитивно ориентированные исследования познания были дополнены кибернетическими, в которых познание рассматривается под информационным углом зрения, а человек рассматривается как канал передачи информации. Этот этап развития когнитивной науки называют символьным, здесь доминирует компьютерная метафора познания. В связи с расшифровкой генома человека возрастает интерес к поиску генетических основ отдельных когнитивных функций и индивидуальных различий. Происходит сближение когнитивных исследований с теми разделами нейрофизиологии, которые изучают аффективно-мотивационные аспекты поведения. Одновременно когнитивная лингвистика стремится использовать язык в качестве инструмента проникновения в структуры мозга.

Коннекционистская модель когнитивной науки В коннекционисткой модели исследование познания не сводится к тому, что происходит в мозгу, а включает постоянное взаимодействие организма и его окружения. Когнитивная система рассматривается как включающая в себя мозг, тело, внешнее окружение. В основании функционирования нейронных сетей мозга лежит не абстрактное логическое мышление, а распознавание паттернов.

Границы компьютерного моделирования познания Компьютерная модель не включает многие свойства человеческого сознания, такие как интуиция, за которой непредсказуемость путей решения, эмоции как свойство человеческой психики, влияющее на мышление.

Роль философии в когнитивных исследованиях Роль философии в когнитивных исследованиях заключается не в том, или не только в том, чтобы выполнить интегрирующую или коммуникативную функцию, но и в переосмыслении понятий, в постановке таких вопросов, которые выводят когнитивные исследования на новый уровень концептуализации.

Междисциплинарность и образование Междисциплинарные исследования имеют два аспекта интеграции. Первый связан с переходом от дискретногомировосприятия к системному. Второй аспект междисциплинарной интеграции характеризуется мышлением, сопрягающим познание и сложность саморазвивающихся природных систем. Междисциплинарность это интеграция отдельных дисциплин по различной проблематике, в результате которой возникает новое системное качество

Трансформация системы образования на основе достижений когнитивной науки Образование должно учить не предметам, а когнитивным умениям и навыкам (Р. Шенк) Три фундаментальных навыка, формирующих умение думать: 1- способность описывать 2- интеллектуальный процесс, в котором формируется умение понять, что происходит и как происходит; 3- планирование как ключевой процесс, без которого не возможна какая-либо деятельность.

Трактовка познания В когнитивной науке познание понимается как функция универсального эволюционного процесса. Познание понимается как создание и переработка информации. Моделью познания, которая адекватна практике когнитивной науки, является эволюционная эпистемология Когнитивная наука является технологией знания, главная особенность которой социально-практическая ориентированность

Познание в когнитивной науке (эволюционный когнитивизм) Когнитивная наука изучает структуру субъективного опыта человека не в традиционной для философии абстрактной форме, а в практическом аспекте. Эволюционный когнитивизм осуществляя системный инжениринг знания, конструирует знание в соответствии с законами и запретами эволюции (Д. Денет).

Проблема «Сознание-мозг» философии и в когнитивной науке Когнитивная наука позволяет преодолеть противоречия и обнаружить пересечения в различных философских трактовках сознания. Сознание не сводится к анатомии или нейрофизиологии мозга. Сознание сложный феномен, формирующийся на стыках биологического (природного) и культурного, функциональный процесс или операция с когнитивной информацией (Д. Деннет)

Проблема природы человека Тема природы человека стала актуальной проблемой современности, требующей научного и философского анализа, в связи с возможностями науки и технологий, особенно, NBICS-технологий, трансформировать генетику человека, его когнитивные способности. Термин NBIC конвергенции был введен в 2002 г. Михаилом Роко и Уильямом Бейнбриджем, авторами доклада «Конвергирующие технологии для улучшения природы человека». В связи с конвергентными технологиями возник вопрос о том, до какого предела мы готовы пойти в этих преобразованиях, когда они касаются самого человека? Человеческая природа воспринимается как некий относительно устойчивый образ человека, некий инвариант В философии природу человека соотносят с биологическим естеством человека, а сущность человека с социальностью.

Философские и научные программы исследований природы человека В философской антропологии ХХ в. подчеркивалось, что деятельность человека определяется не биологически заданными потребностями, не генетической программой, а исторически сформированными социокультурными программами «Реалист упорно отстаивает устремленность исследовательского взгляда вовне, не отдавая себе отчета, что сам является зеркалом. Идеалист настаивает на том, чтобы смотреться только в само зеркало, отвращая свой взор от внешнего мира. А это значит, что они оба не дают себе труда понять, что у всякого зеркала есть оборотная сторона. Но эта оборотная сторона сама по себе ничего не отражает, и в этом смысле зеркало относится к тому же роду объектов, которые отражаются в нем. Физиологический механизм, в чьи функции входит постижение реального мира, сам не менее реален, чем мир» К. Лоренц

Природа человека в когнитивной науке В когнитивной науке происходит выход на новый уровень концептуализации через интеграцию естественнонаучных, культурологических, естественнонаучных подходов (Н.Хомский, С.Пинкер – о языке; М.Хаузер, Д. Деннет – о когнитивной активности, У. Матурана, Ф.Варела – о познании) Когнитивная активность оказывается эволюционно обусловленной, характеризующейся многоуровневой природой человека - существа биологического, разумного и социального. Сознание призвано играть роль жизнесохраняющего фактора (Кэмпбел).

NBIC-технологии как средство самосохранения Применение когнитивных технологий для усиления человеческого разума – дело науки. Могут ли NBICS-технологии, которые сформировались в ходе развития науки, стать технологией закрепления в природе человека тех свойств, которые необходимы для обретения динамического равновесия между наделенным интеллектом субъектом и реальностью?

волос клетка пылевой клещ человек континент Земля планеты атомы НАНОТЕХНОЛОГИИ Химия, атомная и ядерная физика Биология Социальные науки Геология Астрономия Нанотехнологии: место среди других наук Можно использовать наномир для практических нужд

бактериофаг Вирус гриппа Частица Au, окружённая более мелкими Мозаика из 1 нм С 60 Наномир живёт внутри нас и работает на нас бактериофаг Вирус гриппа Частица, окружённая более мелкими

1959 г. Лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман заявляет, что в будущем, научившись манипулировать отдельными атомами, человечество сможет синтезировать все, что угодно г. Создание Бинигом и Рорером сканирующего туннельного микроскопа - прибора, позволяющего осуществлять воздействие на вещество на атомарном уровне гг. Достижение атомарного разрешения г. Создание атомно-силового микроскопа, позволяющего, в отличие от туннельного микроскопа, осуществлять взаимодействие с любыми материалами, а не только с проводящими г. Манипуляции единичными атомами г. Начало применения нанотехнологических методов в промышленности. Основные этапы в развитии нанотехнологии:

Направления нанотехнологий: 1. изготовление электронных схем (в том числе и объемных) с активными элементами, размерами сравнимыми с размерами молекул и атомов; 2. разработка и изготовление наномашин; 2. разработка и изготовление наномашин; 3. манипуляция отдельными атомами и молекулами и сборка из них макрообъектов. 3. манипуляция отдельными атомами и молекулами и сборка из них макрообъектов.

Создание молекулярных роботов-врачей, которые "жили" бы внутри человеческого организма, устраняя или предотвращая все возникающие повреждения, включая генетические. Срок реализации - первая половина XXI века. Создание молекулярных роботов-врачей, которые "жили" бы внутри человеческого организма, устраняя или предотвращая все возникающие повреждения, включая генетические. Срок реализации - первая половина XXI века. Медицина.

Эритроциты и бактерии - перевозчики нанокапсул с лекарствами Эритроциты с приклеенными к ним нанокапсулами, способными прилипать только к определённым типам клеток (больным), доставят эти капсулы клеткам-адресатам. Способ доставки наночастиц с лекарствами или фрагментами ДНК (генами) для лечения клеток

Геронтология. Достижение значительного увеличения продолжительности жинзни людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестройки и улучшения тканей человеческого организма. Достижение значительного увеличения продолжительности жинзни людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестройки и улучшения тканей человеческого организма. Срок реализации: третья - четвертая четверти XXI века.

З ЗЗ Замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул. Срок реализации - начало XXI века Нанотрубки делают полимерные материалы более прочными Промышленность.

Слева - капля не смачивает поверхность, состоящую из нановолосков, и поэтому не растекается по ней. Справа – схематическое изображение поверхности, похожей на массажную щётку; тэта - краевой угол, величина которого говорит о смачиваемости поверхности: чем больше тэта, тем меньше смачиваемость.

Сельское хозяйство. Замена природных производителей пищи (растений и животных) аналогичными функционально комплексами из молекулярных роботов. Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем. Например, из цепочки "почва - углекислый газ - фотосинтез - трава - корова - молоко" будут удалены все лишние звенья. Останется "почва - углекислый газ - молоко (творог, масло, мясо)". Такое "сельское хозяйство" не будет зависеть от погодных условий и не будет нуждаться в тяжелом физическом труде. А производительности его хватит, чтобы решить продовольственную проблему раз и навсегда. Срок реализации – вторая - четвертая четверть XXI века.

Б ББ Биология Станет возможным внедрение наноэлементов в живой организм на уровне атомов. Последствия могут быть самыми различными - от "восстановления" вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов. Срок реализации: середина XXI века.

Нанотехнологии в криминалистике. Отпечаток пальца на бумаге и тот же после контрастирования с помощью золотых наночастиц, прилипших к жирным следам бороздок, оставшимся на бумаге.

Освоение космоса По-видимому, освоению космоса "обычным" порядком будет предшествовать освоение его нанороботами. Огромная армия роботов-молекул будет выпущена в околоземное космическое пространство и подготовит его для заселения человеком - сделает пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудит из "подручных материалов" (метеоритов, комет) космические станции. Это будет намного дешевле и безопаснее существующих ныне методов.

Кибернетика Произойдет переход от ныне существующих планарных структур к объемным микросхемам, размеры активных элементов уменьшаться до размеров молекул. Рабочие частоты компьютеров достигнут терагерцовых величин. Получат распространение схемные решения на нейроноподобных элементах. Появится быстродействующая долговременная память на белковых молекулах, емкость которой будет измеряться терабайтами. Станет возможным "переселение" человеческого интеллекта в компьютер. Срок реализации: первая - вторая четверть XXI века.

Гибкий дисплей из нанотрубок. матрица гибкого дисплея на основе нанорубок; гибкий дисплей с изображением Леонардо де Винчи. гибкий дисплей с изображением Леонардо де Винчи.

Сколько стоят нанотехнологии США ( гг) - 4 млрд. долл. Китай ( гг) – 300 млн. дол ЕС - 3,5 млрд. евро. Россия (2015г) – 200 млрд. рублей.

В США на конец июля 2007 г. по крайней мере 300 видов потребительских товаров, включая солнцезащитные кремы, зубные пасты и шампуни, делаются с использованием нанотехнологий. FDA пока разрешает продавать их, не снабжая специальной наклейкой «Содержит наночастицы». В то же время многие исследователи утверждают, что проникая внутрь такие наночастицы могут вызывать воспалительные или иммунологические реакции. Поэтому в какой-то мере, вступая в эру нанотехнологий мы ставим себя на место подопытных морских свинок. (NewScientist.com, 26 July, 2007) Безопасность нанотехнологий ?

За последние десятилетия человечество, по сути, не совершило никакого принципиального технологического прорыва. Технический прогресс развивался линейно, путем модификации, усовершенствования уже изобретенного, как, например, увеличение числа элементов на электронном чипе. Никаких глобальных открытий сделано не было, собственно, они и не требовались.

Конвергенция наук и технологий

Во времена Ньютона (более 300 лет назад) была, фактически, только одна научная специальность натурфилософия, естествознание, и только один «тип» ученого натурфилософ, естествоиспытатель, который изучал мир, единую и неделимую природу, непонятую на том уровне знаний и, в частности, поэтому обожествленную. Затем, по мере роста знаний о природе, развития исследовательского инструментария человечество начало искусственно делить единую природу на сегменты для их более легкого понимания, изучения. Так возникли физика, химия, биология, геология и т.д. В результате этих процессов человечество постепенно сформировало узкоспециализированную систему науки и образования, которая существует и успешно функционирует до сегодняшних дней.

Всего несколько десятилетий назад появились информационные технологии, которые поначалу рассматривались в прежней отраслевой парадигме: появилась еще одна отрасль, еще одна новая технология. Но в действительности в лице информационных технологий впервые появилась технология, имеющая НАДотраслевой характер. И уже вслед за информационными технологиями появились нанотехнологии, внутренняя логика развития которых призвана соединить существующую узкоспециализированную науку и отраслевую экономику в единую картину естествознания, но уже на новом уровне развития цивилизации, новом укладе промышленного производства, основанном на использовании отдельных атомов и молекул. Играя столь же важную надотраслевую роль, как информационные технологии, нанотехнологии, в отличие от первых, дают принципиально новый способ конструирования материалов. А любая область знаний, любая отрасль промышленности предполагает в первую очередь создание материалов.

Основные черты современного этапа развития научно-технической сферы

Парадигма развития науки стала меняться от процесса познавания мира к тому, чтобы целенаправленно и оптимальным путем создавать какие-то его элементы

Развитие нанотехнологий подразумевает развитие двух самостоятельных направлений

Соединение возможностей современных технологий, с «конструкциями», созданными живой природой

Логика развития науки привела от узкой специализации к междисциплинарности, затем наддисциплинарности, а теперь фактически к необходимости объединения наук. Но не к простому геометрическому сложению результатов, а к их синергетическому эффекту, взаимопроникновению

Сложные технологии требуют специалистов принципиально нового класса, подготовленных уже на междисциплинарной основе

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Bainbridge M.S., Roco M.C. // Managing nano-bio infocogno innovations: converging technologies in society. Springer Веркор, Коронель // «Квота или «Сторонники изобилия». М: Прогресс, Ковальчук М.В. // Кристаллография на рубеже веков: итоги и перспективы. Кристаллография. 44 (6) Ковальчук М.В. // Органические наноматериалы, наноструктуры и нанодиагностика. Вестник Российской академии наук. 73 (5) Ковальчук М.В. // Нанотехнологии как новая технологическая революция. Индустрия наносистем и материалы. Сборник Министерства образования и науки РФ

Спасибо за внимание