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發現記憶「神奇數字」的心理學家──米勒誕辰|科學史上的今天:2/3

張瑞棋_96
・2015/02/03 ・851字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 528 ・七年級

試著背下這組數字:26535897932384626433。三、二、一,好了,你能背出幾個數字?我猜不會超過 9 個,但也不會低於 5 個。

平均而言,一般人能記得的個數就是 7 正負 2 這個區間,這是美國心理學家米勒 (George Armitage Miller) 在 1956 年發表的論文《神奇的數字:7±2》中得出的結論。

喬治.A.米勒。圖/Harvard University/Fair Use Only

當時已經知道記憶可分為短期記憶與長期記憶,短期記憶像個暫存區,有用的資訊才放進長期記憶保存,其餘的就隨記隨忘。因此短期記憶的儲存容量不需要大,但到底有多小?米勒卻透過實驗證明不管是數字、字母、顏色,或是事物,大部分人平均最多只能同時塞進七項。不過所謂七項並不一定是個別的項目,也可以是由幾個項目組成的「組塊」,例如記電話號碼時,會拆成 09xx-xxx-xxx 三個組塊。

米勒這個實驗的意義不只在於找出短期記憶的限制,更在於這個實驗本身所具的時代意義。因為當時的心理學是行為主義當道,主張只有明確客觀的外在行為才可以觀測,才值得研究;相對地,心智、記憶這些無形的東西看不見、摸不著,根本不符合科學。

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米勒就是在這樣的氛圍之下,甘逆潮流,另闢蹊徑,為心理學開拓出另一片天地,因而成為認知心理學的先驅之一。當他於 1960 年與同事布魯納 (Jerome S. Bruner) 在哈佛大學創立「認知研究中心」,更等於是揚起大旗與主流的行為主義相抗衡了。

1986 年,米勒回到他最早的研究主題:語言。他結合多年來在認知心理學的研究,帶領普林斯頓大學的團隊開發出一套以語意作為關聯的大型文字資料庫── WordNet。如今在許多自然語言處理、搜尋引擎等程式語言或演算法中都可見到它的身影;Google 的 AdSense 廣告技術即是源自 WordNet。

米勒當年率先運用電腦進行認知心理學的實驗,晚年則反過來運用認知心理學開拓電腦與網路上的應用,真可謂是開創型的大師,也難怪被喻為二十世紀最有影響力的實驗心理學家之一。

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 1016 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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人與 AI 的關係是什麼?走進「2024 未來媒體藝術節」,透過藝術創作尋找解答
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/10/24 ・3176字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文與財團法人臺灣生活美學基金會合作。 

AI 有可能造成人們失業嗎?還是 AI 會成為個人專屬的超級助理?

隨著人工智慧技術的快速發展,AI 與人類之間的關係,成為社會大眾目前最熱烈討論的話題之一,究竟,AI 會成為人類的取代者或是協作者?決定關鍵就在於人們對 AI 的了解和運用能力,唯有人們清楚了解如何使用 AI,才能化 AI 為助力,提高自身的工作效率與生活品質。

有鑑於此,目前正於臺灣當代文化實驗場 C-LAB 展出的「2024 未來媒體藝術節」,特別將展覽主題定調為奇異點(Singularity),透過多重視角探討人工智慧與人類的共生關係。

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C-LAB 策展人吳達坤進一步說明,本次展覽規劃了 4 大章節,共集結來自 9 個國家 23 組藝術家團隊的 26 件作品,帶領觀眾從了解 AI 發展歷史開始,到欣賞各種結合科技的藝術創作,再到與藝術一同探索 AI 未來發展,希望觀眾能從中感受科技如何重塑藝術的創造範式,進而更清楚未來該如何與科技共生與共創。

從歷史看未來:AI 技術發展的 3 個高峰

其中,展覽第一章「流動的錨點」邀請了自牧文化 2 名研究者李佳霖和蔡侑霖,從軟體與演算法發展、硬體發展與世界史、文化與藝術三條軸線,平行梳理 AI 技術發展過程。

圖一、1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧」一詞

藉由李佳霖和蔡侑霖長達近半年的調查研究,觀眾對 AI 發展有了清楚的輪廓。自 1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧(Artificial Intelligence))」一詞,並明確定出 AI 的任務,例如:自然語言處理、神經網路、計算學理論、隨機性與創造性等,就開啟了全球 AI 研究浪潮,至今將近 70 年的過程間,共迎來三波發展高峰。

第一波技術爆發期確立了自然語言與機器語言的轉換機制,科學家將任務文字化、建立推理規則,再換成機器語言讓機器執行,然而受到演算法及硬體資源限制,使得 AI 只能解決小問題,也因此進入了第一次發展寒冬。

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圖二、1957-1970 年迎來 AI 第一次爆發

之後隨著專家系統的興起,讓 AI 突破技術瓶頸,進入第二次發展高峰期。專家系統是由邏輯推理系統、資料庫、操作介面三者共載而成,由於部份應用領域的邏輯推理方式是相似的,因此只要搭載不同資料庫,就能解決各種問題,克服過去規則設定無窮盡的挑戰。此外,機器學習、類神經網路等技術也在同一時期誕生,雖然是 AI 技術上的一大創新突破,但最終同樣受到硬體限制、技術成熟度等因素影響,導致 AI 再次進入發展寒冬。

走出第二次寒冬的關鍵在於,IBM 超級電腦深藍(Deep Blue)戰勝了西洋棋世界冠軍 Garry Kasparov,加上美國學者 Geoffrey Hinton 推出了新的類神經網路算法,並使用 GPU 進行模型訓練,不只奠定了 NVIDIA 在 AI 中的地位, 自此之後的 AI 研究也大多聚焦在類神經網路上,不斷的追求創新和突破。

圖三、1980 年專家系統的興起,進入第二次高峰

從現在看未來:AI 不僅是工具,也是創作者

隨著時間軸繼續向前推進,如今的 AI 技術不僅深植於類神經網路應用中,更在藝術、創意和日常生活中發揮重要作用,而「2024 未來媒體藝術節」第二章「創造力的轉變」及第三章「創作者的洞見」,便邀請各國藝術家展出運用 AI 與科技的作品。

圖四、2010 年發展至今,高性能電腦與大數據助力讓 AI 技術應用更強

例如,超現代映畫展出的作品《無限共作 3.0》,乃是由來自創意科技、建築師、動畫與互動媒體等不同領域的藝術家,運用 AI 和新科技共同創作的作品。「人們來到此展區,就像走進一間新科技的實驗室,」吳達坤形容,觀眾在此不僅是被動的觀察者,更是主動的參與者,可以親身感受創作方式的轉移,以及 AI 如何幫助藝術家創作。

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圖五、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」展出現場,圖為超現代映畫的作品《無限共作3.0》。圖/C-LAB 提供

而第四章「未完的篇章」則邀請觀眾一起思考未來與 AI 共生的方式。臺灣新媒體創作團隊貳進 2ENTER 展出的作品《虛擬尋根-臺灣》,將 AI 人物化,採用與 AI 對話記錄的方法,探討網路發展的歷史和哲學,並專注於臺灣和全球兩個場景。又如國際非營利創作組織戰略技術展出的作品《無時無刻,無所不在》,則是一套協助青少年數位排毒、數位識毒的方法論,使其更清楚在面對網路資訊時,該如何識別何者為真何者為假,更自信地穿梭在數位世界裡。

透過歷史解析引起共鳴

在「2024 未來媒體藝術節」規劃的 4 大章節裡,第一章回顧 AI 發展史的內容設計,可說是臺灣近年來科技或 AI 相關展覽的一大創舉。

過去,這些展覽多半以藝術家的創作為展出重點,很少看到結合 AI 發展歷程、大眾文明演變及流行文化三大領域的展出內容,但李佳霖和蔡侑霖從大量資料中篩選出重點內容並儘可能完整呈現,讓「2024 未來媒體藝術節」觀眾可以清楚 AI 技術於不同階段的演進變化,及各發展階段背後的全球政治經濟與文化狀態,才能在接下來欣賞展區其他藝術創作時有更多共鳴。

圖六、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」分成四個章節探究 AI 人工智慧時代的演變與社會議題,圖為第一章「流動的錨點」由自牧文化整理 AI 發展歷程的年表。圖/C-LAB 提供

「畢竟展區空間有限,而科技發展史的資訊量又很龐大,在評估哪些事件適合放入展區時,我們常常在心中上演拉鋸戰,」李佳霖笑著分享進行史料研究時的心路歷程。除了從技術的重要性及代表性去評估應該呈現哪些事件,還要兼顧詞條不能太長、資料量不能太多、確保內容正確性及讓觀眾有感等原則,「不過,歷史事件與展覽主題的關聯性,還是最主要的決定因素,」蔡侑霖補充指出。

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舉例來說,Google 旗下人工智慧實驗室(DeepMind)開發出的 AI 軟體「AlphaFold」,可以準確預測蛋白質的 3D 立體結構,解決科學家長達 50 年都無法突破的難題,雖然是製藥或疾病學領域相當大的技術突破,但因為與本次展覽主題的關聯性較低,故最終沒有列入此次展出內容中。

除了內容篩選外,在呈現方式上,2位研究者也儘量使用淺顯易懂的方式來呈現某些較為深奧難懂的技術內容,蔡侑霖舉例說明,像某些比較艱深的 AI 概念,便改以視覺化的方式來呈現,為此上網搜尋很多與 AI 相關的影片或圖解內容,從中找尋靈感,最後製作成簡單易懂的動畫,希望幫助觀眾輕鬆快速的理解新科技。

吳達坤最後指出,「2024 未來媒體藝術節」除了展出藝術創作,也跟上國際展會發展趨勢,於展覽期間規劃共 10 幾場不同形式的活動,包括藝術家座談、講座、工作坊及專家導覽,例如:由策展人與專家進行現場導覽、邀請臺灣 AI 實驗室創辦人杜奕瑾以「人工智慧與未來藝術」為題舉辦講座,希望透過帶狀活動創造更多話題,也讓展覽效益不斷發酵,讓更多觀眾都能前來體驗由 AI 驅動的未來創新世界,展望 AI 在藝術與生活中的無限潛力。

展覽資訊:「未來媒體藝術節——奇異點」2024 Future Media FEST-Singularity 
展期 ▎2024.10.04 ( Fri. ) – 12.15 ( Sun. ) 週二至週日12:00-19:00,週一休館
地點 ▎臺灣當代文化實驗場圖書館展演空間、北草坪、聯合餐廳展演空間、通信分隊展演空間
指導單位 ▎文化部
主辦單位 ▎臺灣當代文化實驗場

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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假新聞、不喜歡上學、像火箭科學家一樣思考|科學生陪你讀!11月書單
Student.PanSci_96
・2020/11/11 ・1935字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 549 ・八年級

科普閱讀是培養科學素養的核心關鍵!泛科學、南一書局、科學月刊合作打造《科學生線上學習平台》,提供搭配課程進度的「科普閱讀」文章題組,幫助孩子掌握關鍵資訊,並透過不定期的新知補充,與科學潮流接軌。因此,科學生將在每月推出陪你一起讀科普書單!

 

本月科學生書單邀請到鄭國威(泛科學創辦人、泛科知識知識長),為我們推薦一系列適合老師、家長、國中生一起閱讀的好書。

《學生為什麼不喜歡上學?:認知心理學家解開大腦學習的運作結構,原來大腦喜歡這樣學》

特別推薦給:老師★★★

作者丹尼爾・威靈漢是位認知心理學家,他以清楚流暢的文字,恰到好處的案例,揭開了隱藏在關鍵學習問題背後的大腦機制。

我們都希望培養學生思辨能力、擁有好的記憶力、理解抽象概念,幫學得慢的學生提升速度,但與其一直關注班級、或是個人這樣的單位,其實大腦才是教育者該花更多工夫破解的。

對大腦來說,理解新事物,就是把新事物跟已知事物連結起來,不懈地練習很重要,但也要符合大腦的節奏,予以適當間隔,而不是猛K書,給大腦知識轉移以加強記憶的時間。本書每一章節都是專為教育者而寫,案例豐富,譯筆流暢,有實際操作的細節建議,值得每一位家長跟教育工作者讀三遍;如果有空,就讀十遍。


《像火箭科學家一樣思考:9大策略,翻轉你的事業與人生》

特別推薦給:家長★★★

人生那怕只聽到一個真實的、具有啟發性的案例故事,便能足以讓一個人反思自身作為、徹底改變思維,一輩子受用。

本書作者歐贊‧瓦羅(Ozan Varol)是土耳其移民,懷抱天文夢的他參與2003年的「火星探測漫遊者計畫」,送兩部探測車登陸火星;以及「卡西尼-惠更斯號任務」,將無人探測船送上土星。

他不僅是位火箭科學家、律師,也是屢獲殊榮的法律學教授與作家,他從古往今來的科學科技史中,搜羅了許多力道十足的案例,讓我在閱讀過程中不斷反思,某些段落常常令我起了滿身雞皮疙瘩,然後重看一遍。書中介紹的思考策略,適合你隨時拿起,重複閱讀,轉化成自己以及孩子的未來能力。

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《假新聞【21世紀公民的思辨課】:後事實時代,究竟是誰在說謊?德國權威記者帶你直擊「謊言媒體」亂象,揭露「假新聞」與它們的產地!》

特別推薦給:國中生★★★

臺灣的記者形象有多糟呢?在我近三年上百次演講中,我每回都會問現場的參加者:「覺得記者是被社會尊重的一種專業的人,請舉手。」從來沒有人舉過手,即使聽眾是傳播科系的大學生。

說到記者,在德國或許還沒有臺灣形象那麼低落,但我認為本書作者卡洛尼娜・庫拉這位德國的資深記者,也同樣感受到新聞這門專業被輕賤跟低估,實是假新聞問題的根源。她在這本書裡以德國語境下的「謊言媒體」作為討論對象,也聚焦了幾個對德國來說特別重要的案例,如與難民相關的各種假訊息。而夾在俄國與美國兩方之間的德國,其實處境跟臺灣有點類似。

庫拉認為,重建信任的第一步就是讓新聞媒體的工作透明化。她簡要地從德國資深記者的角度描述了新聞工作的日常與特殊,理想與現實。獲得科技賦予強大傳播能力後的「網友」,也該在轉發分享任何一則消息之前,以新聞倫理要求自己,而不是像個巨嬰一樣。本書份量跟難度都適合國中階段的同學,建議老師適當引導。


你是國中生或家有國中生或正在教國中生?
科學生跟著課程進度每週更新科學文章並搭配測驗。來科學生陪你一起唸科學!

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Student.PanSci_96
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智力會隨著年齡衰退,那麼年輕人真的比較聰明嗎?
Vicky Ho_96
・2020/09/12 ・2563字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 551 ・八年級

有沒有曾經聽見長輩對年輕人說:「年輕人真的特別有創意!」又或者,也有人常常這麼說:「果然薑(前輩)還是老的辣啊!」

到底是年輕人比較厲害,還是閱歷豐富的長輩更勝一籌呢?

其實,這些敘述大致上都是對的,而且背後都有科學理論概念的支持。

沒想到吧!這些敘述跟心理學有關!

在差異心理學的領域中,對於智力的廣義定義是:「迅速學會複雜知識,並解決問題的總合能力,包含完成作業的速度及難度等」。

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所謂的智力高、很聰明,到底是什麼東東?(圖/Giphy)

智力由什麼組成呢?雖然不同心理學家有不同看法,但多數皆認同為智力有某種程度的共通性,也就是所有智力測驗中都會討論的內容普通因素(general factor,G factor),包含了:理解並掌握事件的概念、推論事件間的關係,或是從已知知識類推至新事件等。

不同的智力型態,衰退速度也不一樣

心理學家卡特爾(Raymond B. Cattell)在 1963 年提出「流體和晶體智力理論」來解釋1,將智力分類成兩種獨立的智力型態

  • 流體智力:泛指個體天生的能力,包含邏輯推理、抽象思維等解決新穎問題的能力。
  • 晶體智力:經由後天的經驗和教育所獲得的知能。

針對流體智力與晶體智力的研究指出,兩者會隨著年齡的增長而有不同的發展與衰退的程度。

年紀輕輕就變笨?20歲時,我們的流體智力就可能開始衰退了。(圖/Giphy)

流體智力的功能,主要依靠前額葉皮層2中的工作記憶3,因此前額葉發展趨於成熟的 20 歲左右會達到頂峰,逐漸隨著年齡開始衰退4其中,又因為人類面臨老和腦部病變時候,前額葉的變化速度會比其他皮質區域快,因此在老年時流體智力會衰退得更快。5

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雖然隨著年紀增長,不可避免都會有智力下降的情形,但與流體智力相比之下,晶體智力就衰退得比較慢

流體智力是你創意的泉源,卻容易衰退!

流體智力( Fluid intelligence, g f ),是一種不需要依賴任何現有的知識,只要透過邏輯推理、抽象思維,就可以解決新穎問題的能力。

在非語言性,或需創意的作業中,如數學、腦筋急轉彎等,由於需要跳出既有思維,才能發現解決方法,因此流體智力在這個類型的解題過程中,扮演相當重要的角色。

叮咚!恭喜你,被靈光一閃拜訪囉!(圖/Giphy)

流體智力強調對於新奇問題的抽象推理,不受特定知識或語言的限制,主要以非語文測驗測量。

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常見的包含瑞文氏測驗(Raven Progressive Matrices,RPM)6,該測驗強調文化公平性,以圖形為試題,測量不同文化下學童的智力及認知推理的能力,亦顯示流體智力不受文化因素的影響。

薑是老的辣?由經驗累積而成的晶體智力!

晶體智力(Crystallized intelligence, g c)是透過教育及過去學習經驗所學到的知識或技能等,它代表文化知識方面的智力,是透過後天學習或經驗而習得,包括一般常識、語文理解、數學能力和應付社會情況的能力等。

與流體智力不同之處,它不需要跳出箱子思考,只要透過既有知識慢慢推理,就可以理解當前的新知,甚至解決問題。

不論是學習知識的媒介,或是智力測驗的方式,「語言」則晶體智力中都扮演重要角色,所以「文化因素」在晶體智力中也有深遠的影響,像是在母語的閱讀理解或文法等作業中,多是依靠過去的知識積累而成,我們所學習並維持的知識,也屬於晶體智力。

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晶體智力,讓你能夠累積整個人生的經驗,轉化為解決問題的辦法!(圖/Pixabay)

雖然流體及晶體智力,說明我們所擁有的兩種不同的能力,看似相互獨立,但不表示兩者間沒有合作,只是涉入程度不同。

例如,在學習微積分的同時,不全然僅靠流體智力就可以完成,其中晶體智力,包含過去所學的定理公式,這時就扮演重要角色。

有沒有方法可以讓人變老卻不變笨?

正如上述所說,流體智力會在青春期後開始走下坡,相對而言,晶體智力衰退的比較慢,主要可以透過後天的學習來維持特定知識。

其中,心理學家 Susanne M. Jaeggi 和同事(2008)7要求參與者執行高強度的工作記憶(短期記憶)的作業,分別為期 8、12、17 或 19 天四個實驗組別。

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實驗結束後發現,參與者的流體智力有明顯的進步,尤其是參與天數較多的組別,因此研究團隊推論流體智力可以通過訓練來改善。

然而,Redick(2013)8重複相同實驗,卻未發現相同結果。在短時間內進行密集且困難的大腦認知訓練,並不意味同樣技術我們適用於生活中,所以 Jaeggi 的研究結果仍被視為有爭議的。

不想變笨?那就常常動用你的小腦袋吧!(圖/Giphy)

在短期內,進行大量的認知訓練,是否可以增進我們的流體智力,目前學界並沒有相同的看法或結論,但如果希望自己可以保持在思考的靈活度,或是維持一定水準的智力程度,「活到老,學到老」的不斷學習則是不二法門,不僅能幫助自己時刻獲取新知外,亦能增進大腦突觸的連結性。

參考資料

  1. Cattell, R. B. (1963). Theory of fluid and crystallized intelligence: A critical experiment. Journal of Educational Psychology, 54, 1–22. doi:org/10.1037/h0046743
  2. Dehn, Milton J. Long-Term Memory Problems in Children and Adolescents John Wiley & Sons, 2010, p. 69
  3. Kyllonen, Patrick C.; Christal, Raymond E. (1990). “Reasoning ability is (little more than) working-memory capacity?!”. Intelligence. 14 (4): 389–433. doi:10.1016/S0160–2896(05)80012–1.
  4. Cacioppo, John T.; Freberg, Laura. Discovering Psychology: The Science of Mind. Cengage Learning, 2012, p. 448
  5. Fuster, Joaquin. The Prefrontal Cortex Elsevier, 2008, p. 44
  6. 瑞文氏測驗的設計,正是為了避免多數智力測驗的弊病-以文字描述為試題,對於較不強調語言導向的特定文化學童,在閱讀試題本身就會造成困難,更不用說可以在測驗中答對。
  7. Jaeggi, Susanne M., et al. “Improving Fluid Intelligence with Training on Working Memory.” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 105, no. 19, 2008, pp.6829–6833,
  8. Redick, Thomas S., et al. “No Evidence of Intelligence Improvement After Working Memory Training: A Randomized, Placebo-Controlled Study.” Journal of Experimental Psychology: General, vol. 142, no. 2, 2013, pp. 359–379.
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Vicky Ho_96
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