7. Modulaarisuus

v3.0 (c) Otto Lappi 2003-2009

"A module is (inter alia) an informationally encapsulated computational system - an inference making mechanism whose access to background information is constrained by general features of architecture, hence relatively rigidly and relatively permanently constrained. One can conceptualize a module as a special purpose computer with a proprietary database, under the conditions that (a) the operations that it performs have access only to the information in its database (together, of course, with specifications of currently impinging proximal stimulations); and (b) at least some information that is available to at least some cognitive processes is not available to the module."

"Roughly, domain specificity has to do with the range of questions for which a device provides answers (the range of inputs for which it computes analyses); whereas encapsulation has to do with the range if information that the device consults in deciding what answers to provide."

• J.Fodor (Precis of The Modularity of Mind, Behavioral and Brain Sciences, 1983):

Onko mieli modulaarinen - mitä oikeastaan on "mielen modulaarisuus"? Jos aivojen eri osat ovat toiminnallisesti erikoistuneet, seuraako siitä kenties väistämättä että mieli on modulaarinen? Entä edellyttääkö mentaalisten toimintojen lokalisoitavuus niiden modulaarisuutta?

Termi "modulaarinen" on monimerkityksinen - jopa pahamaineisuuteen saakka. Käsitettä käytetään kognitiotieteessä monissa erilaisissa, vain löyhästi toisiinsa liittyvissä merkityksissä, mikä helposti aiheuttaa sekaannusta ja virhetulkintoja. Useimmat kirjoittavat viittaavat Jerry Fodorin (1983) Modularity of Mindiin, mutta valitsevat Fodorin yhdeksän "modulaarisuutta luonnehtivan" ominaisuuden listalta eri ominaisuuksia. Kuten Coltheart (1999) huomauttaa, Fodorin teoria mielen modulaarisuudesta on laajalti siteerattu ja vaikutusvaltainen, mutta usein myös väärin ymmärretty.

Tämän takia jotkut esittävät että koko käsitettä ei tulisi ollenkaan käyttää koska se on "hämärä" tai "ei täsmällinen"; toisten mielestä taas tämä tarkoittaa vain että käsitettä tulee eksplikoida/täsmentää, ja esittää huolellisesti mihin modulaarisen arkkitehtuurin ominaisuuksiin kulloinkin sitoudutaan t. kiinnitetään huomio. "Modulaarisuuskiistoissa" käsitellyt asiat ovat tärkeitä ja niitä tulee voida tarkastella, ja on takaperoista edellyttää että idean tulee olla ensin täsmällisesti (mutta samalla jäykästi) määritelty ennen kuin tutkimusta sen pohjalta voidaan tehdä. Luonnontieteellisesti keskeisten käsitteiden (kuten kognitiivisen neurotieteen tapauksessa vaikkapa "neuraalinen komputaatio", "lokalisaatio" tai vaikkapa sitten "moduuli") määritelmät eivät ole kiinnitettävissä a priori. (Vrt. vaikkapa liikkeen tai energian käsite fysiikassa)

On aivan luonnollista ja ehkä jossain määrin väistämätöntäkin että monitieteisessä keskustelussa tapahtuu väärinymmärryksiä ja toistensa ohi puhumista, varsinkin tutkimuksen eturintamassa ja tutkimusalojen keskinäisellä rajapinnalla jossa asioiden tarkastelutapa ja terminologia ei ole vielä täysin vakiintunutta.

Tässä luvussa ei ole tarkoitus määritellä mitä modulaarisuus "oikeasti" on, vaan esitellä ja eritellä näitä erilaisia "modulaarisuuden muotoja" tai termin "moduuli" määrittely- ja käyttötapoja.

7.1. Mielen, aivojen vai kognition modulaarisuus?

Jerry Fodor (1983) esitti yhdeksänkohtaisen luettelon modulaarista kognitiivista systeemiä luonnehtivista ominaisuuksista. Psykologit, kielitieteilijät ja aivotutkijat ja filosofit ovat sittemmin pyrkineet luomaan omia määritelmiään modulaarisuudelle painottaen kukin juuri oman alansa kannalta keskeisiä ominaisuuksia. Tämä on joskus johtanut käsitteellisiin sekaannuksiin, ja "modulaarisuudella" on tarkoitettu milloin bottom-up prosessointia, milloin toiminnon riippumattomuutta yleisestä älykkyydestä, milloin taas lokalisaatiota.

Tällä kurssilla tehdään jako

(1) neuraaliseen modulaarisuuteen
(2) psykologiseen modulaarisuuteen ja
(3) kognitiiviseen (komputationaaliseen) modulaarisuuteen

joka toivottavasti auttaa hieman jäsentämään aihetta koskevaa keskustelua.
Näistä kognitiivinen modulaarisuus, eli tiedollinen kapseloituminen ja alasidonnaisuus, vastaa Fodorin (1983, 1985, 2002) omaa ajatusta siitä, mikä erottaa modulaarisen kognition ja keskusprosessit eli keskuskognition toisistaan. Erityisen tärkeää on erottaa komputationaalisen tason modulaarisuus neuraalisesta modulaarisuudesta.
Kognitiiviset prosessit jaetaan usein modulaarisiin ja ei-modulaarisiin prosesseihin eli keskuskognitioon. Mitkä ominaisuudet tekevät kognitiivisesta systeemistä "modulaarisen"? Eri alojen tutkijat painottavat eri ominaisuuksia kriteereinä systeemin "modulaarisuudelle".
Neurotieteilijät luonnollisesti kiinnittävät aivojen anatomisten osien välisiin synaptisiin kytkentöihin (moduulin lokalisaatio ja konnektiviteetti) ja prosessoinnin syvyyteen (jonka voidaan tulkita heijastavan kortikaalisten projektioalueiden ja "assosiaatioalueiden" välistä eroa). Kliinisissä yhteyksissä keskeisinä pidetään moduulille luonteenomaisia vauriotyyppejä (esimerkiksi kielellisen prosessoinnin yhteydessä erilaiset afasiat).

Kognitiiviset psykologit ovat usein kiinnostuneempia prosessoinnin nopeuden, automaattisuuden ja implisiittisyyden kaltaisista ominaisuuksista. Kehityspsykologit taas korostavat modulaarisen systeemin (oletetun) synnynnäisyyden ja kiinteän kehityskaavan ajatusta.
Kielitieteilijät ja psykolingvistit puolestaan keskittyvät kielioppitiedon ja luonnollisen kielen kognitiivisten taustamekanismien alasidonnaisuuteen.

Tämä saa helposti aikaan sekaannusta ja tarpeetonta vastakkainasettelua. Alojen sisäisiä - ja eritoten monitieteisiä - "modulaarisuuskiistoja" luonnehtiikin usein tarpeeton kiivaus ja jyrkkien rintamalinjojen veto, ja alojen välistä kommunikaatiota vaikeuttaa yhteisen terminologian puute. Tämä johtaa helposti siihen, että tutkijat argumentoivat toistensa ohi: yksi tutkija kutsuu mieltä tai kieltä (tai jotain mielen tai kielen osaa) "modulaariseksi" sen täyttäessä juuri omalla oppialalla käyttöön vakiintuneet modulaarisuuden kriteerit, jolloin toinen lähialalla toimiva tutkija ylitulkitsee esitettyä "modulaarisuushypoteesia" oman alansa vakiintuneen terminologian pohjalta. .

Tässä keskitytään erityisesti neuraaliseen modulaarisuuteen (lokalisaatio ja aivokudoksen toiminnallinen erikoistuminen) ja kognitiiviseen modulaarisuuteen (alasidonnaisuus ja tiedollinen kapseloituminen), koska neuraalinen modulaarisuus liittyy läheisimmin neuro/psykolingvistiikan ja aivotutkimuksen tulosten tulkintaan, ja kognitiivinen modulaarisuus taas on kognitiotieteellisen selittämisen ja teorianmuodostuksen kannalta keskeisin modulaarisuuden määritelmä. Psykologiseen modulaarisuuteen liittyvät, luonteeltaan filosofisemmat ongelmat (mentaalisten predikaattien attribuoiminen mielen/aivojen osille) muodostavat monimutkaisen ja sinällään mielenkiintoisen mielenfilosofisen probleemakentän (Bennett & Hacker, 2003, Dennett, 1987).

"Fodorilainen" modulaarisuus. Niin psykologiassa, kielitieteessä kuin aivotutkimuksessakin modulaarisuutta koskevassa keskustelussa otetaan yleensä keskustelun lähtökohdaksi Fodorin (1983) The Modularity of Mind, ja siinä mainitut yhdeksän kognitiivisen systeemin ominaisuutta, joita voidaan pitää "fodorilaisen" modulaarisuuden tunnusmerkkeinä.

Fodorin alkuperäiset modulaarista kognitiivista systeemiä luonnehtivat ominaisuudet ovat (termien selitykset, ks. Taulukko 1):

(1) Alasidonnaisuus
(2) Tiedollinen kapseloituminen
(3) Automaattinen prosessointi
(4) Nopea prosessointi
(5) Pintatason representaatio ja prosessointi
(6) Prosessoinnin implisiittisyys
(7) Universaali neuraalinen arkkitehtuuri
(8) Universaali kehityskaava
(9) Universaalit vauriotyypit

Fodor pitää modulaarisuutta ns. klusterikäsitteenä: modulaarisuutta luonnehtivia ominaisuuksia (1...9) ei tällöin tule ymmärtää modulaarisuuden määritelmänä sanan klassisessa mielessä eli yksittäin välttämättöminä ja yhdessä riittävinä ehtoina kognitiivisen systeemin moduuliksi luokittelemiselle. Sen sijaan ne ovat ominaisuuksia, joita kognitiivinen systeemi voi ilmentää "enemmän tai vähemmän". Modulaariseksi systeemiä tulee kutsua siinä tapauksessa, että se ilmentää useita ominaisuuksista (1...9) huomattavassa määrin. Modulaarisuushypoteesin olennainen sisältö onkin, että mikäli systeemi ilmentää monia modulaarisuusklusterin ominaisuuksista, se todennäköisesti ilmentää myös muita.

Usein ryhdyttäessä argumentoimaan jonkin kognitiivisen systeemin modulaarisuuden puolesta (tai sitä vastaan), tai kun pyritään operationaalistamaan kysymys jonkin yksittäisen kognitiivisen toiminnon modulaarisuudesta, pyritään kuitenkin määrittelemään modulaarisuus valitsemalla joitakin Fodorin luokittelemista ominaisuuksista modulaarisuuden välttämättömiksi ja riittäviksi ehdoiksi.

Joskus Fodorin teoriaa kritisoidaan epäasiallisestikin sillä perusteella, että mitkään hänen modulaarisuuden ehtonsa eivät ole modulaarisuuden välttämättömiä ehtoja, tai pyrkimällä osoittamaan, että jokin kognitiivinen toiminto rikkoo tiettyä modulaarisuuteen liitettyä ominaisuutta (lokalisoitavuus, alasidonnaisuus, automaattinen bottom-up prosessointi...) eikä siis ole "moduuli Fodorin tarkoittamassa mielessä". Kuten sanottua, modulaarisen kognition piirteitä ei ole tarkoitettukaan yksittäin välttämättömiksi ja yhdessä riittäviksi modulaarisuuden kriteereiksi. Kyse on pikemmin teoreettisesti motivoidusta metodologisesta heuristiikasta: jos havaitaan, tai teoria ennustaa, että jokin kognition (esimerkiksi kielellisen kognition) muoto näyttäisi sisältävän monia "modulaarisia" piirteitä, on syytä harkita tutkimusasetelmia, joissa voitaisiin (riippumattomasti) verifioida onko systeemi kenties modulaarinen myös muissa suhteissa. Mikäli Fodorin kirjoituksista halutaan rekonstruoida jonkinlainen modulaarisuuden määritelmä, tämän tulisi perustua järjestelmän alasidonnaisuuteen ja tiedolliseen kapseloitumiseen, jotka tässä artikkelissa määrittelevät kognitiivisen modulaarisuuden (kumpikaan yksinään ei riitä).

Variaatio sen suhteen, millä perusteella valinta tehdään, ja mitkä ominaisuudet tulevat valituiksi, johtaa luonnollisesti toisistaan poikkeaviin modulaarisuuden määritelmiin.

Taulukko 7.1. Taulukossa Fodorin yhdeksän kriteeriä modulaarisuudelle on listattu Fodorin (1983) "klassiset" modulaarisuutta luonnehtivat tekijät, ja lisätty selventäviä esimerkkejä.

| Modulaarista kognitiivista systeemiä luonnehtivat ominaisuudet Fodorin (1983) mukaan: |
Selityksiä ja esimerkkejä |

Neuraalinen modulaarisuus. Kognitiivisessa neurotieteessä ja aivokuvantamistutkimuksissa "moduulilla" tarkoitetaan yleensä neurobiologisella organisaation tasolla identifioitavissa olevaa anatomista tai toiminnallista yksikköä. Tällaisia yksiköitä voivat olla esimerkiksi aivokuoren maamerkkien (uurteet ja harjanteet) avulla tai hermosolujen mirkorakenteen ja aivokuorikerrosten avulla määriteltävät (sytoarkkitehtoniset) aivokuorialueet ja subkortikaaliset tumakkeet.

Neuraalisen moduulin ei kuitenkaan välttämättä tarvitse olla lokalisoitavissa tässä sanan yksinkertaisimmassa mielessä johonkin klassisen neuroanatomian nimeämään aivojen osaan, vaan moduuli voi koostua laajalti eri puolille aivoja "hajautetuista" hermosoluverkoista.
Neuraalinen moduuli toiminnallisena yksikkönä voidaan määritellä myös neuroanatomiasta riippumattomasti fysiologisella tai hermosolujen toiminnan tasolla, esim. tiettyyn ärsykepiirteeseen reagoivana solupopulaationa). Solupopulaatioon kuulumisen neurobiologiset kriteerit voivat olla jopa kokonaisuudessaan toiminnallisella tasolla määritelty esimerkiksi lukemalla "moduuliin kuuluviksi" kaikki tietyssä psykofysiologisessa koejärjestelyssä 40Hz taajuudella tapahtuvaan oskillaatioon vaihelukittuvat talamokortikaaliset hermosolut. Olennaista neuraalisen moduulin käsitteen kannalta on, että moduuliin kuulumisen kriteerit voidaan määrittää neurobiologista (so. anatomista tai fysiologista) terminologiaa käyttäen vetoamatta identifioidun moduulin oletettuun kognitiiviseen funktioon.

On tietenkin luontevaa ajatella tällaisen neuraalisella tasolla tunnistettavan moduulin olevan erikoistunut nimenomaan jonkin tietyn kognitiivisen toiminnon tai sen osatoiminnon suorittamiseen.

Aivokuvantamistutkimuksissa (PET, fMRI, MEG, EEG) tämä oletus ilmenee mm. siinä, miten koehenkilöille annettavat kognitiiviset tehtävät ja vertailutilanteet pyritään suunnittelemaan siten että aivokuvissa saataisiin näkyviin spesifisesti tietyn tehtävän aikana, tai tietyn ärsyketyypin esittämisen seurauksena aktivoituvat alueet. Ts. usein pyritään etsimään nimenomaan aivoalueita, jotka "aktivoituvat" vain tietyn tehtävätyypin, mutta ei vertailutilanteen aikana.

Toisin sanoen: kun tehtävä ja vertailutilanne on huolellisesti valittu siten, että niiden voidaan olettaa eroavan toisistaan vain tietyn kognitiivisen toiminnon suhteen, ja toisaalta havaitaan mitattavan aivotoiminnan eroavan tehtävän ja vertailutilanteen välillä vain tietyn lokaalin aivoalueen aktivaation suhteen, voidaan esittää, että kyseinen lokaali aivojen alue on "neuraalinen moduuli", joka on erikoistunut osallistumaan kognitiiviseen prosessointiin vain silloin, kun tehtävän suorittamiseen tarvitaan nimenomaisesti sitä toimintoa, joka erottaa koetilanteen ja vertailutehtävän toisistaan. Tästä ei tietenkään seuraa, että kyseinen alue yksin suorittaisi koetilanteessa suoritettavan tehtävän kokonaan.

Esimerkiksi F.J. Gallin frenologia perustui ajatukseen siitä, että mieli koostuu tällaisista riippumattomista osatekijöistä jotka ovat synnynnäisiä, ja jotka kukin voidaan lokalisoida tietylle aivokuoren alueelle. Tällainen yksinkertainen lokalisationismin ajatus on sittemmin osoittautunut vääräksi. (Fodorin (1983, ss. 14-17) mukaan Gallille tulee kuitenkin antaa tunnustusta paitsi siitä, että hän siirsi neuropsykologisen tarkastelun fokuksen aivokammioista aivokuorelle, myös siitä että hän pyrki selittämään mielen toiminnan "vertikaalisten" moduulien avulla).

Tiukasti ottaen aktivaation havaitsemisesta ei edes seuraa, että aktivoituva alue suorittaisi edes sen "mentaalisen operaation" joka erottaa koe- ja vertailutilanteen toisistaan, koska moduulin osallistuminen saattaa perustua muissa järjestelmissä tapahtuvaan tiedonkäsittelyyn vaikuttamiseen. "Lokalisaatio" ko. alueelle tarkoittaa siis sitä, että alue osallistuu toiminnon suorittamiseen, ja on ehkä jopa välttämätön toiminnon suorittamisen kannalta.
Neuropsykologian ja aivokuvantamisen tutkimustulosten viimeisen sadan vuoden aikana voidaan katsoa osoittaneen, että monimutkaisten kognitiivisten tehtävien suorittaminen perustuu juuri tällaisten eri puolilla aivoja sijaitsevien neuraalisten moduulien rinnakkaiseen ja hierarkkiseen yhteistyöhön. Neuraalisten moduulien yhteys psykologiseen ja kognitiivisen tason (komputationaaliseen) modulaarisuuteen ei kuitenkaan ole täysin itsestään selvää.
Psykologinen modulaarisuus. Kognitiivisessa psykologiassa ja eritoten kehityspsykologiassa mielen modulaarisuus yhdistetään ajatukseen toisistaan riippumattomista mentaalisista kyvyistä (faculties), jotka ovat kukin tietyn mielen/aivojen osatekijän kykyjä t. toiminnallisia kapasiteetteja. Näiden ajatellaan usein toteutuvan niille omistetuissa neuraalisissa moduuleissa edellä esitetyssä mielessä.

Yksilön kapasiteetin ja yksilön mielen/aivojen osatekijän kapasiteetin välinen rajanveto ei ole täysin selkeä ja ongelmaton. Menemättä mielenfilosofisiin yksityiskohtiin, voidaan yleisellä tasolla sanoa, että selitysmallina modulaarisuus on "homunculus-analyysi" (vrt. Dennett 1978, Cummins 1983): tällöin jokin yksilön mentaalinen kyky (esim. kielikyky) selitetään analysoimalla se yksilöä yksinkertaisempien kognitiivisten systeemien kykyjen avulla. Tästä on kysymys esimerkiksi kun sanotaan kielen oppimisen olevan lapsen kielimoduulin suorittamaa "tiedostamatonta päättelyä", tai "tiedostamattoman (kielioppi)säännön seuraamista". Taustalla on ajatus siitä, että repsentationaalis-komputationaalinen teoria kognitiosta pystyy viime kädessä selittämään mentaaliset kyvyt näiden yksinkertaisempien "päättely" ja "säännön noudattamis" kykyjen avulla ilman että ajaudutaan äärettömään regressiin, jossa yksinkertaisemman kyvyn on itsekin aina oltava mentaalinen.

Kielen tapauksessa psykologinen modulaarisuus tarkoittaa käytännössä sitä ajatusta, että mielen kyky ymmärtää/tuottaa kieltä muodostaa mielen "horisonaalisista" ominaisuuksista - kuten vaikkapa yleisestä älykkyydestä, persoonallisuudesta tai yleisestä oppimiskyvystä - riippumattoman, mutta silti "mentaalisen" moduulin, jonka kehitys, toiminta, ja mahdolliset toimintahäiriöt ovat autonomisia siinä mielessä että ne voivat dissosioitua muiden moduulien kehityksestä, toiminnasta ja niiden toiminnan häiriöistä. Kielellisten rakenteiden tajun kaksoisdissosiaatio yleisestä älykkyydestä ja "ajattelukyvystä" katsotaan tällöin evidenssiksi kyseisen mentaalisen moduulin autonomisuudesta. Kliinisinä esimerkkeinä tästä ovat paitsi perinteiset "hankittuun" paikalliseen aivovaurioon perustuvat afasiat, myös kehitykselliset häiriöt kuten SLI ja Williamsin oireyhtymä.

Usein modulaarisuushypoteesiin liitetään psykologiassa, varsinaisen psykologisen modulaarisuuden ohella, myös lokalisationismi (jolloin kutakin autonomista mentaalista moduulia vastaa sen toteuttamiseen erikoistunut neuraalinen moduuli), nativismi (mentaalisten moduulien sisältämä tieto tai toimintatapa on jotain synnynnäistä, ei oppimisen tulosta) ja adaptationismi (mentaalisten moduulien ominaisuudet ovat kehittyneet nykyisenlaisiksi luonnonvalinnan seurauksena - tällöin moduulin luonne voitaisiin selittää historiallisesti lajikehityksen, ja teleologisesti evolutiivisen adaptaation näkökulmasta).

Ns. massiivisen modulaarisuuden hypoteesin mukaan mieli kokonaisuudessaan koostuu pelkästään tällaisista moduuleista — mitään keskuskognitiota ei siis olisi olemassakaan. Massiivisen modulaarisuuden olettaminen on yleistä erityisesti evoluutiopsykologiassa.

Kognitiivinen modulaarisuus ja keskuskognitio. Vaikka jokin mielen osajärjestelmä olisi modulaarinen yllä esiteltyjen neuraalisen modulaarisuuden tai psykologisen modulaarisuuden mielessä, jää silti avoimeksi kysymys siitä, onko järjestelmä myös modulaarinen Fodorin keskeisimpien ominaisuuksien, eli tiedollisen kapseloitumisen ja alasidonnaisuuden mielessä.
Tiedollisella kapseloitumisella Fodor tarkoittaa, että kognitiivinen arkkitehtuuri rajoittaa sitä, mihin organismin aivoihin koodattuun aisti- ja muistitietoon kyseisellä kognitiivisella järjestelmällä on "pääsy". Tiedon kulkua moduulin ja muun kognition välillä säätelee siis kiinteä kognitiivinen arkkitehtuuri, eivätkä organismin tiedot, uskomukset tai rationaaliset tavoitteet. Alasidonnaisuus puolestaan tarkoittaa sitä, että moduuli "ymmärtää" tietoa vain tietyllä kapealla kognitiivisen toiminnan osa-alueella.

Mikäli moduuleita ja kognitiivista toimintaa yleisemminkin halutaan tarkastella "tiedostamattomana päättelynä" jossa kognitiivinen systeemi generoi ja testaa hypoteeseja, voidaan sanoa, että alasidonnainen järjestelmä kykenee generoimaan ja arvioimaan vain tiettyä rajallista olio- tai ominaisuusluokkaa koskevia hypoteesejä. Kapseloituminen taas tarkoittaa, että hypoteesien generointi ja testaaminen tapahtuu arkkitehtuurin rajoittaman aisti- ja muistitiedon varassa.

Kapseloituminen ja alasidonnaisuus ovat kognitiivisen modulaarisuuden keskeisimmät piirteet sikäli, että nämä ominaisuudet selvimmin erottavat modulaariset prosessit ei-modulaarisista kognitiivisista prosesseista, eli ns. "keskuskognitiosta". Keskuskognitiona voidaan pitää kognitiivisia prosesseja tai kykyjä, jotka eivät ole alasidonnaisia (mikä tarkoittaa sitä, että järjestelmät voivat käsitellä periaatteessa mitä tahansa tietoa, jonka organismin tietokyky ylipäätään kykenee tavoittamaan) eivätkä tiedollisesti kapseloituneita (tiedon käsittelyssä järjestelmä pystyy käyttämään hyväkseen periaatteessa kaikkea organismin siihen mennessä omaksumaa tietoa).

Keskuskognition prosessit ovat Fodorin mukaan quinelaisia ja isotrooppisia. Quinelaisuudella. Fodor tarkoittaa sitä, että järjestelmän ratkaisut (päätelmät, päätökset) eivät perustu ainoastaan "lokaaliin" syötteeseen ja yleisiin kognitiivisiin mekanismeihin, vaan yksilön kognitiivisen systeemin käytettävissä olevaan tietoon. Se mitä uskot, riippuu paitsi siitä mitä havaitset, myös siitä millaisia muita uskomuksia sinulla on (esim. jos näet setelin, voit uskoa, että se ei ole aito vaikka se täysin aidolta näyttääkin, vain koska minä sanon sinulle puhelimessa niin — havaintojen lisäksi arvioosi vaikuttaa se, että uskot minun väittävän seteliä väärennökseksi, uskot että olen yleensä luotettava, että puhun juuri siitä setelistä joka sinulla on kädessäsi jne...).

Termi "quinelaisuus" juontaa W.V.O.Quinen tieteenfilosofiasta Fodor (1983) vertaa keskusyksikön toimintaa, erityisesti uskomuksen kiinnittämistä, tieteelliseen päättelyyn, jonka quinelaisuus ja isotrooppisuus vastaa tieteenfilosofian Duhem-Quine teesiä (ks. kurssimoniste II). Fodor tulkitsee teesin siten, väitelauseen tieteellistä uskottavuutta (konfirmaation astetta) ei koskaan arvioida pelkästään suhteessa havaintoihin, vaan aina osana tieteellisen tiedon kokonaisuutta: vieläpä tieteellisen tiedon koko kokonaisuutta, niin että mikä tahansa aikaisemmin empiirisesti tai demonstratiivisesti todeksi osoitettu tieteellinen väitelause voi jossain yhteydessä osoittautua relevantiksi minkä tahansa toisen tieteellisen väitelauseen totuuden arviointiprosessissa. Tätä konfirmaatioholismia ei pidä sekoittaa merkitysholismiin. Ks. Fodor & Lepore (1992).

Isotrooppisuus taas tarkoittaa sitä, että sitä mikä tieto on olennaista (edellisessä esimerkissä, mitkä muut uskomukset vaikuttavat uskomukseesi setelin aitoudesta) ei voi rajata etukäteen täsmällisesti. Periaatteessa tilanteesta riippuen mikä tahansa uskomus voi olla relevantti minkä tahansa toisen uskomuksen muodostamisessa/luotettavuuden arvioinnissa. Ei voida etukäteen asettaa rationaalista ja yleispätevää rajoitusta sille, mitkä uskomukset ovat/eivät ole toistensa suhteen relevantteja. Quinelaisuus ja isotrooppisuus yhdessä tekevät keskuskognition prosesseista "holistisia". Juuri tämä keskuskognition holistisuus johtaa nk. kehys- eli frame-ongelmaan johon tekoälytutkimuksessa on törmätty. (Käsitelty lähemmin Johdatus kognitiotieteeseen -kurssilla).

Modulaarisuus tiedollisen kapseloitumisen ja alasidonnaisuuden mielessä on neuraalista ja psykologista modulaarisuutta vahvempi hypoteesi. On esimerkiksi ainakin periaatteessa mahdollista ajatella, että vasemmassa aivopuoliskossa saattaisi olla hajautetuista neuraalisista moduuleista koostuva kielen prosessointiin erikoistunut järjestelmä ("neuraalinen moduuli"), joka kehittyy ja voi vaurioitua muista korkeammista kognitiivisista toiminnoista melko riippumattomasti ("psykologinen moduuli"), mutta joka silti normaalisti toimiessaan ei olisi tiedollisesti kapseloitunut, eikä alasidonnainen, vaan käsittelisi kaikkea yksilön tietokyvyn piiriin kuuluvaa tietoa ja olisi myös sensitiivinen kaikelle yksilön uskomusjärjestelmään sisältyvälle taustatiedolle ("maailmantieto"). Tällainen järjestelmä ei olisi moduuli Fodorin esittämässä mielessä, riippumatta sen lokalisoitavuudesta tai toiminnallisesta autonomiasta.

Lisäksi voidaan argumentoida, että nimenomaan kognitiivinen jako modulaarisiin prosesseihin, kognitioon ja keskuskognitioon on kognitiotieteen kannalta teoreettisesti ja metodologisesti neuraalista ja psykologista modulaarisuutta merkittävämpi. Ainakin Fodor itse (1983, 2000) esittää, että jako modulaarisiin (esim. syntaktisten rakenteiden formaali prosessointi) ja ei-modulaarisiin kognitiivisiin prosesseihin (esim. kielellisten ilmausten merkityssisällön tulkitseminen) vastaa samalla jakoa niihin kognition ominaisuuksiin, joita on edes periaatteessa mahdollista kuvata ja mallintaa nykyisen kognitiotieteen eksaktein menetelmin, ja niihin kognition ominaisuuksiin, joista emme yli sadan vuoden empiirisen tutkimuksenkaan jälkeen tiedä juuri mitään.
 

KUVA 7.1. Kaksi tapaa "olla moduuli" Fodorin (1983, 2000) tarkoittaman kognitiivisen modulaarisuuden mielessä. Keskuskognitiolla Fodor tarkoittaa kognitiiivisia prosesseja jotka suorittavat "syvää" laskentaa laajan tietokannan (periaatteessa organismin kaikki doksastiset sitoumukset l. kaikkien maailmaa koskevien uskomusten verkko). Fodorin mukaan kognitiotieteen ja tekoälyn vaikeudet keskuskognition mallintamisessa/simuloimisessa ovat ehkä osoitus siitä että aivojen keskuskognitio-ominaisuuksia ei voida kuvailla/selittää klassisen kognitiotieteen komputationaalisesta näkökulmasta.

7.2. "Moduulin" määritelmiä eri aloilla

"Computer scientists call the separate pieces of a process its modules, and the idea that a large computation can be split up and implemented as a collection of parts that are as nearly independent of one another as the overall task allows, is so important that I was moved to elevate it to a principle, the principle of modular design. This principle is important because if a process is not designed in this way, a small change in one place has consequences in many other places. As a result, the process as a whole is extremely difficult to debug or to improve, whether by a human designer or in the course of natural evolution, because a small change to improve one part has to be accompanied by many simultaneous compensatory changes elsewhere. The principle of modular design does not forbid weak interactions between different modules in a task, but it does insist that the overall organization must, to a first approximation, be modular."

• D. Marr, Vision (1982). S.102.

Kuten tavallista kognitiotieteellisten termien kanssa (vrt. informaatio, representaatio, komputaatio, kognitio...) myös termillä modulaarisuus ja moduuli on monia toisiinsa liittyviä ja enemmän tai vähemmän täsmällisesti määriteltyjä merkityksiä. Oheisessa listassa joitakin yleisimmin kirjallisuudessa vastaan tulevia esimerkkejä. Terminologian moninaisuuden takia on erityisen tärkeää olla huolellinen sen suhteen mitä tietty kirjoittaja tarkoittaa "moduulilla"!

1. Insinööritieteissä ja tietojenkäsittelytieteessä modulaariseksi kutstutaan järjestelmää (mekanismia) joka sisältää keskenään vuorovaikutuksessa olevia alijärjestelmiä jotka
i. toteuttavat kukin oman tehtävänsä l. funktionsa (yhden tai useita) ja
ii. ovat "suhteellisen itsenäisiä"; ne toteuttavat toimintonsa jokseenkin riippumattomasti, niin että systeemin suunnittelussa alijärjestelmien ominaisuuksissa ja toteutuksessa on valinnanvaraa.

Moduulit saattavat toki vaatia toisten moduulien outputtia inputtina voidakseen tehdä sille jotain, ja se mihin kaikkeen moduulia voi käyttää voi riippua siitä mitä muita moduuleja systeemissä on.

Alijärjestelmiä voidaan pitää "mustina laatikoina" - keskeistä systeemitasolla ovat alijärjestelmien vuorovaikutussuhteet, ei se miten ne sisäiset toimintonsa suorittavat. Ts. arkkitehtuuriltaan sama systeemi voidaan toteuttaa moduuleilla jotka suorittavat funktionsa eri tavoilla.

Koko systeemin toiminta (kapasiteetti) perustuu yhteensopivien moduulien keskinäiseen koordinaatioon, eli arkkitehtuuriin, ei johonkin "herrajärjestelmään" (jolla olennaisesti olisi kyseinen kapasiteetti). (Vrt. Homunculus-ongelma).

Mielen/aviojen evoluution kannalta modulaarinen "design" on järkevä - näin systeemi voi kehittyä vähittäisesti, koska satunnainen mutaatio yhdessä ominaisuudessa ei sekoita koko systeemiä, ja koska luonnonvalinta voi kohdistua variaatioon tietyssä ominaisuudessa erikseen, ei kaikissa ominaisuuksissa yhtä aikaa.

2. Psykologiassa toimintojen modulaarisuudella tarkoitetaan yleensä ajatusta sitä, että kognitiivinen arkkitehtuuri sisältään "luonteeltaan erilaisia" psykologisia osajärjestelmiä - "mentaalisia kykyjä" (faculties) jotka eivät ole koko mielen/yksilön kykyjä, vaan jonkin aivan tietyn tyyppiseen mentaaliseen toimintaan erikoistuneen mielen osan kykyjä. Vastaavasti millekään mielen/aivojen osalle ei ole mielekästä attribuoida koko organismille kuuluvia kykyjä. (Vrt. Homunculus-ongelma).

Radikaaleimmassa muodossaan (REFSbennett&hacker) esitettynä kantaa edustaa näkemys jonka mukaan mitään mentaalisia ominaisuuksia (uskoo, tietää, haluaa, näkee...) ei ole mielekästä attribuoida edes koko aivoille, koska ne "loogisesti" ovat organismin, eivät elinten, ominaisuuksia. Tälle näkemykselle vastakkaisen representationaalisen teorian mukaan mentaaliset tilat ovat aivojen/osien ("moduulien") tiloja, ja organismin mentaalinen tila/sisällöt ovat johdannaisia näiden representaatiosisältöjen suhteen. On myös mahdollista kannattaa organisismia arkipsykologisten tilojen suhteen, mutta olla silti representationalisti kognitiivisten tilojen suhteen (REFdennett).

Usein mielen/aivojen modulaarisuus-hypoteesiin liitetään nativismi, jonka mukaan moduulin toimintatapa on pitkälti synnynnäinen, ei oppimisen tulos, ja lokalisationismi, jonka mukaan tiettyä modulaarista toimintoa suorittaa aivoissa jokin lokalisoitavissa oleva "aivoelin". Monesti modulaarisuuden ehtona pidetään myös, että psyykkinen toiminta etenee aistinvaraisesti (bottom-up) ei tiedonvaraisesti (top-down).

2.1 Kehityspsykologiassa puhutaan kielen, mielenteorian jne. kehityskaavan modulaarisuudesta - tällä tarkoitetaan että kyseinen kyky (esim. luonnollisen kielen monimutkaisia kielioppisääntöjä koskeva tieto, toisten intentioiden "lukeminen") kehittyy ihmisyksilölle melko yhdenmukaisesti samaan aikaan, aina samaa vaiheittaista kehityskaavaa noudattaen, ja ennen kaikkea jokseenkin riippumattomasti muusta kognitiivisesta kehityksestä ja yleisestä ajattelukyvyn kehityksestä tai yksilön älykkyystasosta.

2.2 Varsinkin evoluutiopsykologit (Ks. Evoluutiopsykologia) samastavat modulaarisuuden ns. massiivisen modulaarisuuden hypoteesin kanssa. Massiivinen modulaarisuushypoteesi tarkoittaa väitettä että aivoissa ei ole lainkaan keskuskognitiota - mieli kokonaisuudessaan koostuu pelkistä moduuleista. Moduuleilla tarkoitetaan tällöin erilaisiin esi-isiemme ympäristössä tarvittuihin kognitiivisiin toimintoihin erikoistuneita, ja luonnonvalinnan kautta näihin tehtäviin adaptoituneita (komputationaalisia) systeemejä, jotka ovat periytyneet meille geneettisesti, jotka toimivat jokseenkin riippumattomasti toisistaan (vuorovaikutus määräytyy lajityypillisen kognitiivisen arkkitehtuurin määrittämien rajapintojen perusteella).

Evoluutiopsykologian mukaan mieli/aivot on siis (koordinoitu) kokoelma keskenään yhteensopivia moduuleja - neuraalisia mentaalisia tai kognitiivisia. Moduulit ovat (ko)adaptaatioita erilaisiin alakohtaisiin tehtäviin ("aivojen mentaalinen arkkitehtuuri kognitiivisena linkkuveitsenä"-metafora)..

Perusongelma on sama kuin kaikessa adaptationistisessa selittämisessä: siinä sitoudutaan vahvoihin ja vaikeasti todennettaviin empiirisiin hypoteeseihin ominaisuuden kehityshistoriasta (heritabiliteetti - s.o. geneettinen variaatio & suhde fenotyypin variaatioon - ja ympäristön luonne/valintapaine populaation historiassa).

Evoluutiopsykologian kohdallta tämä on erityisesti ongelma siksi että evoluutiopsykologialla itsellään ei ole tarjota metodologiaa väitteiden ja apuoletusten verifioimiseen/falsifioimiseen! Tämä on tieteellisen menetelmän systemaattisuuden kannalta ongelmallista. Huomaa kuitenkin että evoluutiopsykologin on mahdollista vedota siihen että jokin muu tutkimusala voi verifioida historialliset ja modulaarisuutta koskevat hypoteesit, ainakin periaatteessa. (Kyse ei siis ole samanlaisesta ongelmasta kuin introspektiivisen todistusaineiston/qualioiden tapauksessa, jossa tarvittava; apuhypoteesia raporttien veridikaalisuudesta on mahdotonta edes periaatteessa testata Vrt. Yksityisen kielen argumentti ja introspektion ongelma). Tieteessä ei kuitenkaan voi pitää tyylikkäänä metodologisena ratkaisuna sitä että "joku muu pesee alan likapyykin".

3. Kielitieteessä modulaarisuudella tarkoitetaan usein myös sitä hypoteesia että kieli on on modulaarinen järjestelmä siinä mielessä että kielen prosessointi ei edellytä keskuskognitiota tai ainakin sisältää useita keskuskognitiosta ja toisistaan suhteellisen riippumattomia moduuleja.

4. Kognitiivisessa neurotieteessä funktionaalisesti ja anatomisesti tarkkarajaista, tiettyä kognitiivisen toiminnan osatoimintoa toteuttavaa aivojen osajärjestelmää kutsutaan yleensä moduuliksi. Moduulit (niiden sisältämä tieto ja tiedonkäsittelytoiminnot) organisoituvat toiminnallisiksi kokonaisuuksiksi (funktionaalinen järjestelmä), ja laajoja toiminnallisia järjestelmiä voidaan tarkastella "ylemmällä tasolla" psykologisina systeemeinä. Yksittäinen "moduuli" joka suorittaa aina tiettyä sille tyypillistä toimintoa tai toimintosarjaa, voi osallistua lukuisiin toiminnallisiin järjestelmiin.
Moduulin vaurioituminen johtaa toiminnan vaikeutumiseen kaikissa niissä toiminnallisissa kokonaisuuksissa joihin moduuli normaalisti osallistuu (mutta vain niissä). Neuropsykologiset oireyhtymät eli syndroomat (mahd. myös psykiatriset) voidaan nähdä tiettyjen yksittäisten moduulien toimintahäiriön aikaansaamina poikkeuksellisen psyykkisen organisaation tiloina. Lokalisoitavuus ja bottom-up prosessointi (ks. kohta 2) liitetään usein myös neuraaliseen modulaarisuuteen.

5. Kognitiotieteessä ja kognition filosofiassa modulaarisuudella tarkoitetaan yleensä J.Fodorin The Modularity of Mind teoksen mukaisesti kognitiivista systeemiä, jonka toiminta täyttää seuraavat kriteerit tai joitakin niistä. Eri tutkijat painottavat eri tekijöiden merkitystä. Fodorin oman teorian kannalta 1 & 2 ovat tärkeimmät.

Modulaarinen prosessointi...

1. On alasidonnaista (käsittelee vain tietyntyypistä tietoa/suorittaa tiedolle vain tietyn tyyppisiä operaatioita)

2. On tiedollisesti kapseloitunutta (järjestelmällä ei ole pääsyä korkeampien kognitiivisten proessien - "keskuskognition" - prosessoinnin tuloksiin tai muiden moduulien sisäiseen toimintaan, muuten arkkitehtuuriin kuuluvia output/input kytkentöjä käyttäen.

3. Ei ole korkeampien kognitiivisten toimintojen "nähtävissä" - on "tiedostamatonta". Korkeammat kognitiiviset järjestelmät (ja muut moduulit) saavat käsiteltäväkseen vain moduulit tuottamia output representaatioita, eivät "keskeneräisiä raakavedoksia" (cognitive impenetrability).

Kohdat 1 ja 2 voidaan vetää yhteen sanomalla että moduulit kommunikoivat keskenään ja keskuskognition kanssa vain kognitiivisen arkkitehtuurin määrittelemien rajapintarepresentaatioiden kautta.

Lähteet & lisälukemista:

Bennett, M.R. & Hacker, P.M.S. (2003). Philosophical Foundations of Neuroscience Malden, MA: Blackwell.

Coltheart, M. (1999). Modularity and Cognition. Trends in Cognitive Sciences, 3, 115-120.

Cummins, R. (1983). The nature of psychological explanation. Cambridge, MA.: MIT Press.

Dennett, D.C. (1978). Brainstorms: Philosophical Essays on Mind and Psychology. Hassocks: Harvester Press.

Dennett, D.C. (1987). The Intentional Stance. Cambridge, MA: MIT Press.

Fodor, J. (1983). The Modularity of Mind. Cambridge, MA: MIT Press. (luku 1 saatavissa netissä)

Fodor, J. (1985). Precis of the Modularity of Mind. Behavioral and Brain Sciences, 8, 1-42.

Fodor, J. (2000). The Mind Doesn't Work That Way. Cambridge, MA: MIT Press.

Fodor, J. & Lepore, E. (1992). Holism: A Shopper's Guide. Oxford: Blackwell.

Hauser, M., Fitch, T. & Chomsky, N. (2002). The Faculty of Langugage: What Is It, who has It and How Did It Evolve? Science, 298, 1569-1579.

Marr, D. (1982). Vision. San Francisco, Freeman.

Pylyshyn, Z. (1999). Is Vision Continuous With Cognition? The Case for Cognitive Impenetrability of Visual Perception. Behavioral and Brain Sciences, 22, 341-423.

Quine, W.V. (1960) From a Logical Point of View. New York: Wiley & Sons.