Concepts and Object-Oriented Knowledge Representation

Tutkielma käsittelee nykyisiä kognitiotieteen teorioita käsitteistä ja niiden mallintamista oliokeskeisillä tietämyksen esittämisen menetelmillä. Käsiteteorioista käsitellään klassinen, määritelmäteoria, prototyyppiteoria, duaaliteoriat, uusklassinen teoria, teoria-teoria ja atomistinen teoria. Oliokeskeiset menetelmät ovat viime aikoina jakautuneet kahden tyyppisiin kieliin: oliopohjaisiin ja luokkapohjaisiin. Uudet olio-pohjaiset olio-ohjelmointikielet antavat käsitteiden representointiin mahdollisuuksia, jotka puuttuvat aikaisemmista luokka-pohjaisista kielistä ja myös kehysmenetelmistä. Tutkielma osoittaa, että oliopohjaisten kielten uudet piirteet tarjoavat keinoja, joilla käsitteitä voidaan esittää symbolisessa muodossa paremmin kuin perinteisillä menetelmillä. Niillä pystytään simuloimaan kaikkea mitä luokkapohjaisilla kielillä voidaan, mutta ne pystyvät lisäksi simuloimaan perheyhtäläisyyskäsitteitä ja mahdollistavat olioiden dynaamisen muuttamisen ilman, että siinä rikotaan psykologisen essentialismin periaatetta. Tutkielma osoittaa lisäksi vakavia puutteitta, jotka koskevat koko oliokeskeistä menetelmää. Avainsanat: käsitteet, käsiteteoriat, tekoäly, komputationaalinen psykologia, olio-ohjelmointi, tiedon esittäminen

Studies of working memory in interrupted human-computer interaction

Distraction in the workplace is increasingly more common in the information age. Several tasks and sources of information compete for a worker's limited cognitive capacities in human-computer interaction (HCI). In some situations even very brief interruptions can have detrimental effects on memory. Nevertheless, in other situations where persons are continuously interrupted, virtually no interruption costs emerge. This dissertation attempts to reveal the mental conditions and causalities differentiating the two outcomes. The explanation, building on the theory of long-term working memory (LTWM; Ericsson and Kintsch, 1995), focuses on the active, skillful aspects of human cognition that enable the storage of task information beyond the temporary and unstable storage provided by short-term working memory (STWM). Its key postulate is called a retrieval structure an abstract, hierarchical knowledge representation built into long-term memory that can be utilized to encode, update, and retrieve products of cognitive processes carried out during skilled task performance. If certain criteria of practice and task processing are met, LTWM allows for the storage of large representations for long time periods, yet these representations can be accessed with the accuracy, reliability, and speed typical of STWM. The main thesis of the dissertation is that the ability to endure interruptions depends on the efficiency in which LTWM can be recruited for maintaing information. An observational study and a field experiment provide ecological evidence for this thesis. Mobile users were found to be able to carry out heavy interleaving and sequencing of tasks while interacting, and they exhibited several intricate time-sharing strategies to orchestrate interruptions in a way sensitive to both external and internal demands. Interruptions are inevitable, because they arise as natural consequences of the top-down and bottom-up control of multitasking. In this process the function of LTWM is to keep some representations ready for reactivation and others in a more passive state to prevent interference. The psychological reality of the main thesis received confirmatory evidence in a series of laboratory experiments. They indicate that after encoding into LTWM, task representations are safeguarded from interruptions, regardless of their intensity, complexity, or pacing. However, when LTWM cannot be deployed, the problems posed by interference in long-term memory and the limited capacity of the STWM surface. A major contribution of the dissertation is the analysis of when users must resort to poorer maintenance strategies, like temporal cues and STWM-based rehearsal. First, one experiment showed that task orientations can be associated with radically different patterns of retrieval cue encodings. Thus the nature of the processing of the interface determines which features will be available as retrieval cues and which must be maintained by other means. In another study it was demonstrated that if the speed of encoding into LTWM, a skill-dependent parameter, is slower than the processing speed allowed for by the task, interruption costs emerge. Contrary to the predictions of competing theories, these costs turned out to involve intrusions in addition to omissions. Finally, it was learned that in rapid visually oriented interaction, perceptual-procedural expectations guide task resumption, and neither STWM nor LTWM are utilized due to the fact that access is too slow. These findings imply a change in thinking about the design of interfaces. Several novel principles of design are presented, basing on the idea of supporting the deployment of LTWM in the main task.

Rhetoric and Representation : Exploring the Cultural Meaning of the Natural Sciences in Contemporary Popular Science Writing and Literature

Kirjallisuuden- ja kulttuurintutkimus on viimeisten kolmen vuosikymmenen aikana tullut yhä enenevässä määrin tietoiseksi tieteen ja taiteen suhteen monimutkaisesta luonteesta. Nykyään näiden kahden kulttuurin tutkimus muodostaa oman kenttänsä, jolla niiden suhdetta tarkastellaan ennen kaikkea dynaamisena vuorovaikutuksena, joka heijastaa kulttuurimme kieltä, arvoja ja ideologisia sisältöjä. Toisin kuin aiemmat näkemykset, jotka pitävät tiedettä ja taidetta toisilleen enemmän tai vähemmän vastakkaisina pyrkimyksinä, nykytutkimus lähtee oletuksesta, jonka mukaan ne ovat kulttuurillisesti rakentuneita diskursseja, jotka kohtaavat usein samankaltaisia todellisuuden mallintamiseen liittyviä ongelmia, vaikka niiden käyttämät metodit eroavatkin toisistaan. Väitöskirjani keskittyy yllä mainitun suhteen osa-alueista popularisoidun tietokirjallisuuden (muun muassa Paul Davies, James Gleick ja Richard Dawkins) käyttämän kielen ja luonnontieteistä ideoita ammentavan kaunokirjallisuuden (muun muassa Jeanette Winterson, Tom Stoppard ja Richard Powers) hyödyntämien keinojen tarkasteluun nojautuen yli 30 teoksen kattavaa aineistoa koskevaan tyylin ja teemojen tekstianalyysiin. Populaarin tietokirjallisuuden osalta tarkoituksenani on osoittaa, että sen käyttämä kieli rakentuu huomattavassa määrin sellaisille rakenteille, jotka tarjoavat mahdollisuuden esittää todellisuutta koskevia argumentteja mahdollisimman vakuuttavalla tavalla. Tässä tehtävässä monilla klassisen retoriikan määrittelemillä kuvioilla on tärkeä rooli, koska ne auttavat liittämään sanotun sisällön ja muodon tiukasti toisiinsa: retoristen kuvioiden käyttö ei näin ollen edusta pelkkää tyylikeinoa, vaan se myös usein kiteyttää argumenttien taustalla olevat tieteenfilosofiset olettamukset ja auttaa vakiinnuttamaan argumentoinnin logiikan. Koska monet aikaisemmin ilmestyneistä tutkimuksista ovat keskittyneet pelkästään metaforan rooliin tieteellisissä argumenteissa, tämä väitöskirja pyrkii laajentamaan tutkimuskenttää analysoimalla myös toisenlaisten kuvioiden käyttöä. Osoitan myös, että retoristen kuvioiden käyttö muodostaa yhtymäkohdan tieteellisiä ideoita hyödyntävään kaunokirjallisuuteen. Siinä missä popularisoitu tiede käyttää retoriikkaa vahvistaakseen sekä argumentatiivisia että kaunokirjallisia ominaisuuksiaan, kuvaa tällainen sanataide tiedettä tavoilla, jotka usein heijastelevat tietokirjallisuuden kielellisiä rakenteita. Toisaalta on myös mahdollista nähdä, miten kaunokirjallisuuden keinot heijastuvat popularisoidun tieteen kerrontatapoihin ja kieleen todistaen kahden kulttuurin dynaamisesta vuorovaikutuksesta. Nykyaikaisen populaaritieteen retoristen elementtien ja kaunokirjallisuuden keinojen vertailu näyttää lisäksi, kuinka tiede ja taide osallistuvat keskusteluun kulttuurimme tiettyjen peruskäsitteiden kuten identiteetin, tiedon ja ajan merkityksestä. Tällä tavoin on mahdollista nähdä, että molemmat ovat perustavanlaatuisia osia merkityksenantoprosessissa, jonka kautta niin tieteelliset ideat kuin ihmiselämän suuret kysymyksetkin saavat kulttuurillisesti rakentuneen merkityksensä.