인지과학

인지과학(認知科學, 영어: cognitive science)은 인간의 마음과 동물 및 인공적 지적 시스템(artificial intelligent systems)에서 정보처리가 어떻게 일어나는가를 연구하는 학문이라고 할 수 있다. 다르게 표현한다면 인지과학은 인간의 마음 (뇌의 작동 및 몸의 움직임의 제어 포함)의 과정 및 내용과, 동물 및 인공적 지적 시스템에서의 지능(Intelligence)의 정보적 표상(표현)과 그 작동 과정을 연구하는 종합적, 다학문적 과학이다. 인지과학은 심리학, 철학, 신경과학, 언어학, 인류학, 전산학, 학습과학, 교육학, 사회학, 생물학, 로보틱스 등의 여러 학문과 연관되어 있다. 인지과학이라는 말은 크리스토퍼 롱게히긴스가 1973년에 처음 사용하였다. 이후 1976년에 세계 최초로 학술지 <인지과학〉(Cognitive Science)이 미국에서 창간되고 1979년에 미국에서 인지과학 학회(Cognitive Science Society)가 출발하였다. 2010년대에 들어서면서 [마음 = 뇌 + 몸 + 환경]의 통합체로 개념화하는 제3의 인지과학 패러다임의 경향이 강하여 지고 있다.

제1 수준

인간의 마음이란 촉각이나 시각 등을 통해 직접 알 수 있는 것은 아니지만 어떠한 특정 상황조건에서는 그것이 존재함과 그 본질적 내용을 간접적으로 드러내 보인다. 따라서 마음을 연구하기 위하여는 이러한 상황조건을 찾고, 거기에서 마음이 어떻게 그 모습을 드러내어 그 상황조건에 영향을 주는가를 찾아 관찰하고, 이들의 관계에서부터 본래의 연구대상인 마음의 내용을 추론하여 설명하지 않으면 안 된다. 마음을 드러나게 하는 조건들을, 마음에 작용하여 어떤 영향을 끼친다는 점에서 자극 또는 입력(input)이라 하고, 이에 마음이 작용하여 그 작용의 과정과 양상을 통해 마음의 본질이 어떠한 종류로 밖으로 나타내어진 형태를 반응, 또는 출력(output)이라고 본다면, 우리는 자극과 반응 또는 입력과 출력 사이의 관계에서 마음의 내용을 추론하여 찾아내야 할 것이다.

즉, 현실에 있어서 마음에 작용하는 물리적 또는 심리적 조건인 자극 또는 입력을 (I)라 하고, 이 자극 또는 입력을 받아 이에 작용하는 인간의 마음을 (M)이라 하며, 그 경험의 결과로 인간이 어떠한 형태의 반응 또는 출력을 내어놓는 것을 (O)라 한다면, 마음을 탐구하는 사람들의 과제는 M = f(I × O) 이라는 관계를 설정하고, 마음의 내용(M)을 f (I × O) ==> M 의 관계에서 추론하자는 것이다. 실제의 연구에서는, 현실 내의 가능한 모든 I와 O를 완벽히 표집하고 통제하고 할 수 있는 것이 아니라, 연구자에 의해 표집된(sampled) 제한된 범위의 I'와 O'의 관계로부터 간접적으로 마음의 특성 (M')을 추론하는 것이라고 하겠다.

손에 잡히지 않고, 눈에 직접 보이지 않는 대상에 대한 이러한 탐색 방법은 자연과학에서 물리학이나, 화학이나 생물학에서 흔히 사용하는 방법이며, 마음의 현상을 그 연구 대상으로 하는 심리학이나 인지과학에서도 마찬가지로 적용된다. 탐색하여 내려는 자연 현상이 복잡하거나 직접 접근 가능하지 않을 경우에 이러한 입력-출력 변인들의 조작과 관찰의 방법을 통하여 자연 현상의 본질을 추론하여 내는 것이다.

인지과학도 마찬가지이다. 마음에 대하여, 유사한 과학적 탐색과 추론을 함에 있어서, 인지과학자들은 입력과 출력, 즉 (I)와 (O)사이에 있는 마음 (M)을 어떠한 입장에서 볼 것인가 하는 보는 틀이 필요하다. 인지과학의 ‘정보처리적 보는틀’의 인지주의의 핵심은 마음을 하나의 정보처리 체계로 본다는 데에 있다. 정보처리 구조와 정보처리 과정을 지닌 정보처리 시스템으로 본다는 것이다. 인지과학이 제시한 정보처리적 보는틀의 모델을 다시 표현하면 그림 8과 같다. 이는 심리현상을, 입력과 출력사이의 관계상에서 나타나는 정보처리체계의 구조(S')와 처리과정(P')들의 상호작용 관계의 총합으로서 보는, 즉 마음(M)을 [Σ(S´i)×Σ(P´j)]로서 간주하는 틀인 것이다. 인지과학의 정보처리적 패러다임은 마음에 대한 보는틀을 이와 같이 상정하고 나서, 정보처리체계로서의 마음의 작용을 감각, 지각, 학습, 기억, 언어, 사고, 정서 등의 여러 과정으로 나눈 다음, 각 과정에서 어떠한 정보처리가 일어나는가, 각 과정들은 어떻게 상호작용 하는가를 묻고, 다음으로 각 과정에서 어떠한 정보(지식)구조, 즉 표상구조가 관련되는가를 규명하려 한다. 따라서 마음의 현상, 심리적 사건은 정보의 내용 및 정보를 처리하는 사건으로 개념화되는 것이다.

따라서 인지과학은 "인간은 어떻게 아는가?", “인간의 知는 어떠한 본질적인 특성을 가지고 있고, 각종 앎을 가능하게 하는가?” 하는 물음에 중점을 두고 마음과 마음이 환경의 각종 대상들과 상호작용 하며 빚어내는 각종 현상의 문제들을 기술, 설명하려고 하는 것이다.

인지과학의 연구 영역

인지과학의 연구 영역은 편의상, 크게 기초연구 영역과 응용연구 영역으로 나누어 볼 수 있다. 그러나 실상은 기초와 응용을 이분법적으로 나눌 수 있는 것이 아니며, 기초 영역과 응용 영역을 구분하기 힘든 경우가 많을 만큼 인지과학의 응용분야와 기초이론 분야는 밀접하게 연결되어 있다.

인지과학의 기초 연구 영역

인지과학의 기초연구 영역으로는, 인간과 동물의 시각, 청각 등의 지각 현상, 주의, 형태 지각, 심상(心象; imagery) 표상, 기억 구조와 과정, 지식 표상 구조, 언어 이해와 산출(말, 글 등), 문제해결적 사고, 추리, 판단 및 결정, 인간 전문가, 신념체계, 사회적 인지, 인지발달, 인지와 정서의 관계, 인지의 문화적 기초와 차이, 인지의 신경생물적/ 신경생리적 기초, 신경망 모형, 언어 의미론, 통사론, 화용론 등의 인지의 언어학적 기초, 표상의 본질, 심신론, 계산주의의 가능성 등의 심리철학적 문제, 기계적 영상 처리, 기계적 말 지각 및 산출, 기계적 자연언어 처리, 기계적 학습, 기계적 문제해결, 추론기계, 전문가 체계, 로보틱스, 인공 마음 등이 있다.

인지과학의 연구 방법

인지과학에는 여러 학문들이 수렴되고 연계되어 있다. 따라서 그 연구 방법에는 관련 여러 학문들이 지녀 온 방법들이 모두 사용되고 있다. 심리학과 신경과학에서 주로 사용되던 실험실 실험법, 철학과 언어학에서 주로 사용되던 직관적 논리적 분석법과 형식적 분석 기술(記述)법, 컴퓨터과학(인공지능학)에서 주로 사용되던 컴퓨터 모의실험, 심리학과 인공지능학에서 주로 사용되던 내성보고 분석법(protocol analysis; Ericsson & Simon, 1984), 심리학, 인류학 등에서 사용하던 자연관찰법 및 민생방법(ethnomethodology), 담화분석법(discourse analysis) 등이 인지과학의 주 연구 방법으로 사용된다.