Sellonsoiton motoriikkaan liittyvien kognitiivisten prosessien mallintamisesta

Abstract

This thesis is part of the Doctor of Music degree in the Artistic Study Program at the Sibelius Academy. The aim of the study was to examine the possibilities of modeling of the cognitive processes in cello playing. This performance practice related phenomenon was investigated by finding alternative paradigms in the motor skill, schema and production theories and artificial intelligence programs carried out computer simulations, and on the other hand by developing a hypothetical descriptive model of the cognition of cello playing. The cognitive function refers to human cognitive processes, which are related to perception, learning, remembering, thinking, problem solving and decision-making. Modeling in turn, aims to describe the reduction of the phenomenon through the processes of functional and structural aspects. In cognitive sciences the phenomenon modeling, simulations are based on computer analogy. Cognitive functions of their knowledge status are thought to be only roughly, approximately or hypothetically true.

The starting point of the study is located in realm of the pre-phase of the player's physical performance – the phase, in which he already has an intention of a sound-image, but has not yet decided how to implement it on his instrument. Thus the focus is on the cognitive processes in the preparation of action strategies. Their goal is to provide at any given time an optimal choice among the potential implementation options in relation to the sound-image. My interest in the subject arose as a performing cellist from the relationship between the sound-theoretical intent, and generally available knowledge of implementation options based on player's own expertise. I noticed that each of the audio-intentions has always a finite number of possible theoretical and practical options for implementation, and that they seemed to be affected among others by the structure of the instrument, player's learning history and level of expertise as well as player's own physical dimensions. To be able to describe the relationship between the theoretical sound intentions and their implementation alternatives in players action chain I defined a simple implication: IF the sound-intent is x, THEN the implementation is denoted by y. Next I defined the criteria that guide the selection process in execution. As a result of the analyze process a hierarchical four-level system consisting of fifty-two classes was created. John Anderson's Production Theory (ACT*-Theory, Anderson 1983) was applied to describe the structure and functioning of the developed cognitive model. The research goal has primarily been to survey background information of the cognitive processes of cello playing for future cognitive and motor research in the field of performance practice.

Tutkimuksen tavoitteena on selvittää mahdollisuuksia sellonsoiton motoriikkaan liittyvien kognitiivisten prosessien mallintamiseen. Tähän pyritään yhtäältä etsimällä ilmiölle vaihtoehtoisia paradigmoja motorisista teorioista, skeema- ja produktioteorioista, tekoälyohjelmilla toteutetuista tietokone-simulaatioista sekä toisaalta kehittämällä hypoteettinen sellonsoiton kognitiota kuvaava malli. Tutkimuksen kohteena olevilla kognitiivisilla toiminnoilla tarkoitetaan ihmisen tiedollisia prosesseja, jotka liittyvät mm. havaitsemiseen, oppimiseen, muistamiseen, ajattelemiseen, ongelmanratkaisuun ja päätöksentekoon. Mallintamisella puolestaan pyritään reduktion kautta kuvaamaan näiden prosessien toiminnallisia ja rakenteellisia aspekteja. Kognitiotieteissä ilmiön mallinnukset, tietokoneanalogiaan perustuvat simulaatiot kognitiivisista toiminnoista ajatellaan tietostatukseltaan vain summittaisesti, approksimatiivisesti tai hypoteettisesti tosiksi. Tutkimuksen lähtökohdaksi on soittamisen toimintakokonaisuudesta rajattu fyysistä suoritusta edeltävä vaihe -- vaihe, jossa soittajalla on jo mielikuva ääni-intentiosta, mutta hän ei ole vielä päättänyt, miten sen toteuttaa soittimellaan. Kyse on toimintastrategian laatimiseen liittyvistä kognitiivisista prosesseista, joiden päämääränä on valita kulloinkin yksi toteutusvaihtoehto mahdollisten toteutusvaihtoehtojen joukosta. Kiinnostukseni aiheeseen heräsi, kun aloin pohtia suhdetta, joka vallitsee ääni-intention teoreettisten ja yleisesti käytössä olevien, käyttökelpoisten toteutusvaihtoehtojen välillä. Havaitsin, että kullakin ääni-intentiolla on aina rajallinen lukumäärä mahdollisia teoreettisia toteutusvaihtoehtoja ja että niiden määrään näytti vaikuttavan mm. soittimen rakenne, soittotavat sekä soittajan fyysiset mitat. Ääni-intentioiden ja teoreettisten toteutusvaihtoehtojen välistä suhdetta kuvaamaan määrittelin John Andersonin produktioteoriaa, ACT*-teoriaa (Anderson 1982) mukaillen implikaation: jos ääni-intentio on x, niin motorinen ohjelma on y. Seuraavaksi määrittelin kriteerit, jotka ohjaavat y:n valintaa. Tuloksena syntyi nelitasoinen hierarkkinen järjestelmä, jossa on kaiken kaikkiaan viisikymmentäkaksi luokkaa. Motorisen ohjelman käsite on valittu kuvaamaan järjestelmän toteutusvaihtoehtojen liikesuoritusta. Motorisella ohjelmalla tarkoitetaan mekanismia, joka mahdollistaa liikesarjan koordinoinnin, ja sisältää aiotun toiminnan kuvauksen ja toiminnot, jotka kääntävät sen liikesarjaksi. Sellonsoiton kognitiosystematiikan kuvaamiseen käytettiin Andersonin produktioteoriaan sisältyvää proseduraalista oppimisteoriaa ja hierarkkista produktiosysteemiä. Hypoteettisen mallin merkitys on ollut tutkimuksen teon aikana lähinnä katalyyttinen siten, että se on antanut kimmokkeen etsiä ilmiölle alan kirjallisuudesta erilaisia mahdollisia teoreettisia paradigmoja. Tutkimuksen päämäärä on ollut lähinnä luoda taustaa tulevalle jousisoitinten soiton kognitiivisten prosessien jatkotutkimukselle pikemmin kuin esittää lopullisia arvioita kehittämäni systematiikan totuudellisuudesta.