مرحلهٔ همتایابی (matching stage) و الگوهای پیوندگرا (connectionist models)

شبکه‌های ساده

در بسیاری از پژوهش‌های مربوط به مرحلهٔ همتایابی، از طرح‌های ساده، به‌ویژه حروف یا کلمات دست‌نوشته یا چاپی استفاده می‌شود. شکل شبکهٔ ساده طرحی است پیشنهادی دربارهٔ چگونگی اندوخته‌شدن شکل حروف در حافظه. اندیشهٔ اصلی این است که هر حرف برحسب ویژگی‌های معینی توصیف می‌شود و معلومات ما دربارهٔ اینکه کدام ویژگی‌ها با کدام حروف همراه هستند، در شبکه‌ای از پیوندها نهفته است (همین نکته وجه تسمیهٔ اصطلاح الگوهای پیوندگرا است). گیرائی الگوهای پیوندگرا در ایناست که به کمک آنها آسانتر می‌توان دریافت که شبکه‌های یادشده چگونه در مغز با آن همه نورون و روابط نورون‌ها، شکل می‌گیرند. از این‌رو، پیوندگرائی پلی است میان الگوهای روانشناختی و زیست‌شناختی.

در بخش زیرین شبکه (شکل شبکهٔ ساده) ویژگی‌ها قرار دارند (خط اریب صعودی، خط اریب نزولی، خط عمودی و خط منحنی رو به راست) و در بخش بالا حروف قرار گرفته‌اند. هریک از این ویژگی‌ها و حروف شبکه را گره (node) می‌نامیم. پیوند بین گره ویژگی و گره حرف به‌معنی آن است که این ویژگی بخشی از آن حرف است. نوک پیکان پیوندها نشان می‌دهد که پیوندها تحریکی هستند، یعنی اگر ویژگی فعال شود، این فعالیت به‌حرف مربوط انتشار می‌یابد (به‌شیوه‌ای قابل قیاس با انتشار تکانه‌های الکتریکی در شبکه‌ای از نورون‌ها).

شکل شبکهٔ ساده گویای آن است که حرف K با خط اریب صعودی، خط اریب نزولی و خط عمودی توصیف می‌شود. Rها با خط اریب نزولی و خط عمودی و خط منحنی رو به‌راست، و Pها با خط عمودی و خط منحنی رو به‌راست توصیف می‌شوند (برای اینکه مطلب را ساده‌تر عرضه کنیم از بحث دربارهٔ رابطه بین ویژگی‌ها صرف‌نظر کرده‌ایم). چگونه می‌توان از این شبکه برای شناسائی (همتایابی) هر حرف استفاده کرد؟ برای پاسخ دادن به این سؤال، نخست باید دید به‌هنگام ارائهٔ حرف K چه روی می‌دهد. ارائهٔ این حرف، ویژگی‌های خط اریب صعودی، خط اریب نزولی و خط عمودی را فعال می‌سازد. این هر سه ویژگی، گره K را فعال می‌کنند. دو ویژگی - خط اریب نزولی و خط عمودی - گره R، و یکی از آنها - خط عمودی - گره P را فعال می‌سازند. اما تنها در گره K هر سه ویژگی فعال می‌شوند، و درنتیجه این حرف به‌عنوان بهترین همتا، انتخاب می‌شود.

الگوی بالا ساده‌تر از آن است که جنبه‌های مختلف بازشناسی را توجیه کنند. برای بررسی کاستی‌های این الگو ببینیم با ارائهٔ حرف R چه روی می‌دهد (شکل شبکه ساده). این حرف، ویژگی‌های خط اریب نزولی، خط عمودی و خط منحنی رو به‌راست را فعال می‌کند. به این ترتیب همهٔ ویژگی‌های هر دو گره R و P فعال شده‌اند، و الگوی مورد بحث نمی‌تواند تشخیص دهد کدامیک ازین دو مقوله همتای بهتری است. آنچه الگوی حاضر باید بداند تا از بین این دو مقوله، یکی را انتخاب کند این است: 'وجود خط اریب نزولی به این معنی است که که این درون‌داد نمی‌تواند P باشد' . این نوع اطلاعات سلبی (negative knowledge) در شبکهٔ پیچیده‌تر شکل یک شبکهٔ گسترده پیش‌بینی شده است. این شبکه واجد تمام خصوصیات شبکهٔ پیشین است، به اضافهٔ پیوندهای بازدارند (inhibitory connections) (خطوطی با دایره‌های توپر در رأس آنها) بین ویژگی‌ها و حروفی که واجد این ویژگی‌ها نیستند. هنگامی که ویژگی با پیوندی بازدارنده به‌حرف وصل می‌شود، تحریک آن به کاهش تحریک حرف می‌انجامد. با بودن R در شبکهٔ شکل یک شبکه گسترده، خط اریب نزولی، پیام بازداری به گره P می‌فرستد و از این طریق سطح تحریک P را در مجموع کاهش می‌دهد. اکنون گره R بیشترین تحریک را دریافت می‌کند و درنتیجه به‌عنوان بهترین همتا انتخاب می‌شود.

در بحث فوق با برخی از خصوصیات عمدهٔ شبکه‌های پیوندی آشنا شدیم (راملهارت - Rumelhart و مک‌للند - Mclelland در ۱۹۸۶؛ مک‌للند و راملهارت، ۱۹۸۶). شبکه‌های شکل‌های شبکه ساده و یک شبکه گسترده تنها مرکب از دو مقوله هستند: الف- گره‌ها که یا تحریکی است یا بازدارنده. همهٔ شبکه‌های پیوندگرا تنها ازین دو مقوله تشکیل یافته‌اند. (به‌هر پیوندی شماره یا وزنی داده می‌شود که شاخص نیرومندی آن پیوند است). به‌علاوه، شبکه‌های شکل‌های شبکه ساده و یک شبکه گسترده امکان می‌دهند که شیء همزمان با تمامی توصیف‌های شکلی اندوخته شده در حافظه مقایسه گردد (اطلاعات ویژگی فوراً به همهٔ گره‌های حروف انتقال می‌یابد). این درست عکس مقایسهٔ یک به‌یک یا زنجیره یک شیء با توصیف‌های شکلی اندوخته شده در حافظه است. پردازش همزمان (که پردازش موازی نیز نامیده می‌شود) خاص الگوهای پیوندگرا است.

شبکه‌های پسخوراندی (feedback)

اندیشهٔ اصلی و زیربنائی الگوئی که شرح آن گذشت این بود که هر حرف را باید هم با ویژگی‌هائی که دارد و هم با ویژگی‌هائی که ندارد توصیف کرد. این نظر را ابتدا پژوهشگران هوش مصنوعی مطرح کردند که می‌کوشیدند برنامه‌های کامپیوتری برای شبیه‌سازی ادراک حروف در آدمیان بنویسند (سلفریج - Selfridge و نیسر - Neisser در ۱۹۶۰). گرچه این فکر تا مدتی نسبتاً موفق بود، اما سرانجام معلوم شد که نمی‌تواند شواهد دائر بر تأثیر بافت را در ادراک حروف تبیین کند. به‌خصوص، توان توجیه این نکته را نداشت که چرا ادراک حرف به‌صورت بخشی از واژه، آسانتر از زمانی است که به‌تنهائی عرض گردد. به‌عبارت دیگر، اگر به آزمودنی‌ها حرف مستقل K یا کلمهٔ Work را لحظهٔ کوتاهی نشان دهند، و سپس از آنها بپرسند آخرین حرفی که دیدند K بود یا D، در مواردی‌که حرف در قالب واژه بیاید بهتر عمل می‌کنند تا مواردی‌که حرف به‌تنهائی ارائه شود (شکل ادراک حروف و واژه‌ها).

توالی رویدادها در آزمایش مقایسهٔ ادراک‌پذیری حرف در شرایط ارائهٔ مستقل یا ارائهٔ آن به‌عنوان بخشی از یک واژه. به آزمودنی‌ها، نخست یک نقطهٔ تثبیت و به‌دنبال آن یک واژه یا حرف به‌مدت چندهزارم ثانیه نشان داده شد. آزمایشگر سپس محرکی را ارائه داد حاوی پوشانهٔ (mask) بصری در محلی که قبلاً حروف قرار داشتند، به‌علاوه دو گزینهٔ پاسخ. تکلیف آزمودنی‌ها این بود که تشخیص دهند کدام‌یک از این دو گزینه در واژه یا حرفی که قبلاً ارائه شده بود، وجود داشته است (اقتباس از رایکر - Reicher در ۱۹۶۹).

برای توجیه این یافته‌ها، باید در شبکهٔ پیوندهای ویژگی - حرف، تغییراتی صورت گیرد. نخست باید یک سطح واژگانی و همراه با آن پیوندهای تحریکی و بازدارندە‌ای را که از حروف به واژه‌ها می‌روند، به این شبکه اضافه کنیم (شکل شبکه‌ای با فعالیت نزولی). علاوه بر آن باید پیوندهای تحریکی واژه به‌حرف را به شبکه بی‌افزائیم. با این پسخوراندهای نزولی می‌توان توضیح داد که چرا حرف وقتی برای مدتی بسیار کوتاه به‌عنوان بخشی از یک واژه عرضه می‌شود ادراک‌پذیرتر از زمانی است که به‌تنهائی عرضه شود. مثلاً وقتی R به‌تنهائی ارائه شود، ویژگی‌های خط عمودی، خط اریب نزولی و منحنی رو به‌راست، فعال می‌شوند و تحریک به گره R انتشار می‌یابد. به‌علت کوتاهی زمان ارائهٔ حرف، احتمالاً همهٔ ویژگی‌ها به‌طور کامل تحریک نمی‌شوند و تحریک رسیده به گره R ممکن است برای بازشناسی کافی نباشد. برعکس، وقتی R به‌عنوان یکی از حروف واژهٔ RED ارائه شود، تحریک نه‌تنها از ویژگی‌های R به گره R، بلکه تاحدودی از ویژگی‌های E و D نیز به گره‌های این دو حرف انتشار می‌یابد. به این ترتیب، همهٔ این حروف که تا اندازه‌ای تحریک شده‌اند، گره RED را اندکی فعال می‌کنند و آن‌هم به‌نوبهٔ خود تحریک را از راه پیوندهای نزولی خود به حروفش انتقال می‌دهد.

نتیجه اینکه، وقتی حرف R در واژه ارائه می‌شود، منبع دیگری برای تحریک آن یعنی تحریک نزولی از واژه - فراهم می‌شود. به‌همین علت نیز بازشناسی حرف در واژه آسانتر از زمانی است که حرف به‌تنهائی ارائه شود. بسیاری از یافته‌های دیگر در مورد طرح‌های حرف و واژه نیز با این الگوی پیوندگرا سازگار بوده‌اند (مک‌للند و راملهارت، ۱۹۸۱).