Язык включает множество компонентов, взаимодействующих сложными способами параллельно и в нескольких масштабах времени и пространства. Существуют временные рамки развития роста отдельного человека, глянцевые или культурные временные рамки эволюции культур, филогенетические временные рамки эволюции видов. В масштабах времени развития, от мгновения к моменту обучения до многолетних процессов, многочисленные мозговые цепи взаимодействуют с телом, состоящим из нескольких частей, расположенным в сложной среде и в различных ситуациях, определяющих разнообразие информационных потоков.
Несмотря на то, что каждый из этих уровней и компонентов нуждается в независимом изучении для того, чтобы уменьшить сложность проблемы, фундаментальным является также изучение их взаимодействия. Сложные науки научили нас тому, что во многих природных системах существуют глобальные явления, которые являются результатом локальных взаимодействий между компонентами, но где индивидуальное изучение этих компонентов не позволит нам увидеть глобальные свойства всей комбинированной системы. Многие свойства языка, вероятно, напрямую не закодированы ни одним из задействованных компонентов, но являются самоорганизованными результатами взаимодействия компонентов.
Развитие языка как динамическая система.
Эти самоорганизационные явления часто трудно понять или предвидеть интуитивно и трудно сформулировать словами. Вот почему исследования в области развития языка сегодня используют компьютерные науки, математику и робототехнику для предоставления дополнительных методов психологии развития и нейронауки. В этих разделах представлены методы построения оперативных моделей взаимодействия между компонентами языка, представляющими собой сложную динамическую систему. Оперативная модель - это модель, которая четко и формально определяет набор допущений, а затем рассчитывает или моделирует последствия этих допущений, доказывая, что это приводит к определенному набору выводов. Такая формализация заставляет исследователей раскрывать все механизмы и детали теории, предоставляя возможности для выявления пробелов, а также проводить синтетические эксперименты с компьютерами и роботами для проверки их достоверности, лучшего понимания их последствий и генерирования прогнозов или новых гипотез.
Существует несколько видов моделей. В частности, с структурной точки зрения можно выделить два широких семейства: аналитические математические модели и алгоритмические модели причинных механизмов формирования языка, которые включают в себя особо важное подсемейство моделей, учитывающих центральную роль воплощения, и которые называются "роботизированными".
Аналитические математические модели
Первый класс моделей абстрагирует определенное количество переменных от явления естественного развития языка и выражает, как эти переменные взаимосвязаны и как они изменяются во времени в форме математических уравнений. Обычно она включает системы связанных дифференциальных уравнений и использует структуру теории динамических систем, а иногда и статистическую физику. Когда эти модели достаточно просты, их поведение может быть предсказано аналитически и формально подтверждено только на основе их математической структуры. Однако абстракции и предположения, на которых основаны такие доказательства, иногда далеки от физических, когнитивных и социальных реалий. Более того, формальный язык математических отношений не всегда хорошо подходит для объяснения процессов на работе в природе (или в культуре).
Алгоритмические модели
Второй класс моделей фокусируется на процессах языкового морфогенеза: эти модели сформулированы в терминах алгоритмов. Сами эти алгоритмы на практике выражаются с помощью языков компьютерного программирования. Использование такого формального языка для описания естественного или культурного процесса имеет два существенных преимущества. Во-первых, большая выразительность этих языков позволяет им кратко формулировать очень сложные). Во-вторых, в случае явлений, поведение которых очень трудно аналитически предсказать по ряду уравнений, можно автоматически рассчитать это поведение с помощью моделирования.
Программы могут быть запущены на компьютерах, что является симуляцией морфогенетического процесса, и исследователи могут наблюдать, как имитируемая система ведет себя с различными параметрами. В исследованиях по развитию языка этот подход часто предполагает создание искусственных систем, в которых люди (их тела, мозги и поведение), их взаимодействие и окружающая среда моделируются с помощью программы.
3 роботизированные модели: Роль воплощения, локализации и социального взаимодействия
Дети, изучающие язык, отличаются от большинства искусственных систем машинного обучения тем, что они находятся в реальной физической среде со своими сверстниками в обществе. Они воплощены в очень сложном физическом организме, который фильтрует информацию из окружающей среды и оказывает определенные виды воздействия на окружающую среду. Кроме того, дети изучают язык в контексте достижения социальных и материальных целей. Такое местоположение и воплощение создает многочисленные формы ограничений, которые определяют и направляют процесс изучения языка. Для изучения роли и структуры этих ограничений были разработаны роботизированные модели. Важно отметить, что хотя роботизированные модели фокусируются на физических свойствах и расположении обучаемого, они не обязательно реализуются с реальными физическими роботами. Действительно, многие роботизированные модели полностью реализованы в виртуальном мире с симулятором тела робота и его физического или социального взаимодействия с окружающей средой.
Преимущество использования имитируемых тел роботов заключается в том, что они облегчают систематические эксперименты (сбор большего количества статистических данных, более масштабное исследование пространства параметров). Недостатком моделируемых роботизированных моделей является то, что некоторые аспекты реального мира трудно адекватно имитировать, например, естественные вариации (структурированный шум) в каналах восприятия или в социальном взаимодействии с опекуном (моделью).
Эти модели не претендуют на то, чтобы заменить весь процесс изучения языка, поскольку каждая из них сосредоточена на некоторых конкретных аспектах эволюции языка. Поэтому они не отражают реальную языковую эволюцию в целом. Однако, изучая их, можно понять, что достаточно простых механизмов для наблюдения за формированием и самоорганизацией языков. Появляются и могут быть выбраны конкретные модели и структуры, которые, в свою очередь, способствуют овладению языком. Это дает теоретическую перспективу, с которой можно интерпретировать относительно легкость, с которой дети осваивают язык.