構造マッピング理論

構造マッピング理論は、デドレ・ゲントナーによって開発された類推推論の理論であり、^[1]彼女はこの理論により、人間の認知の理論的基礎への貢献に対して2016年のデイビッド・E・ルメルハート賞を受賞しました。^[2]

構造マッピング理論は、アナロジーを文字通りの類似性と区別することで、以前のアナロジー理論を改善することを目的としています。エイモス・トヴェルスキーの対比理論などの以前の理論では、ベースとターゲットに共通する属性が多いほど、アナロジーが強くなると想定されていました。代わりに、構造マッピング理論では、ベース領域とターゲット領域の間に、アナロジーの強さに影響を与えない違いがある可能性があることを認識しています。たとえば、バッテリーは、形、サイズ、色、物質 が異なっているにもかかわらず、貯水池のように見えます。

構造マッピング理論は、アナロジーでマッピングされるのはオブジェクトの属性ではないと主張してこれに応えます。代わりに、この理論は、アナロジーはドメイン内のオブジェクト間の関係の類似性を聞き手に知らせると主張します。区別は述語の引数の点で行われます。属性は 1 つの引数を持つ述語ですが、関係は 2 つ以上の引数を取る述語です。したがって、「x は大きい」という命題は属性を主張し、「x は y を中心に展開する」という命題は関係を主張します。(高階述語は命題間の関係を主張します)

属性と関係を区別することで、文字通りの類似性と類推性を区別することができます。

例えば：

• アンドロメダ星雲の X12 星系は太陽系に似ています。 - これは文字通りの類似性です。なぜなら、関係 (例: 惑星と太陽の間) と属性 (例: 太陽の大きさと温度) の両方をマッピングすることが目的だからです。
• 水素原子は太陽系のようなものです。(ラザフォード、1906) - これは類推です。相対的な動きや大きさなどの関係述語のみがドメイン間でマッピングされるためです。

類推は一般法則と区別することもできる

• 水素原子は中心力システムです。 - これは、基本ドメインが関係の抽象的なドメインであり、実際にはオブジェクト属性を含まないという意味で、一般的な法則です。これを、比較から除外されるオブジェクト属性が基本ドメインに含まれる類推と比較してください。

比較におけるオブジェクト、属性、関係の役割を区別することで、オブジェクトは比較される（比較的一定のまま）が、関係は比較されない（つまり、異なることが予想される）比較として年表を特徴付けることもできます。

Gentner は、上記のさまざまなタイプのドメイン比較をまとめた次の表を提供しています。

「類推に関する私たちの理解の一部は、類推が単なる独立した事実の寄せ集めではなく、関連した知識の体系を伝えるというものです。そのような体系は、高次の述語が低次の述語間のつながりを強制する、相互接続された述語構造によって表すことができます。類推における一貫性に対するこの暗黙の好みを反映して、私は体系性原則を提案します。相互接続関係のマッピング可能な体系に属する述語は、孤立した述語よりもターゲットにインポートされる可能性が高くなります。」(Gentner 1983、p162-163、強調追加)

系統性原理は、原子を太陽系と比較するときに、太陽と地球の相対温度を原子核電子系にマッピングしようとしない理由を説明するのに役立ちます。つまり、温度は、マッピングされる距離、引力、相対質量、相対運動（誰が誰の周りを回っているか）などの他の物体関係と強いつながりがありません。これらの他の関係に共通するのは、強い相互依存性です。質量関係を逆転させると相対運動関係も逆転し、距離を変えると引力も変わるなどです。

構造マッピングは、もともとデドレ・ゲントナーによって提唱されたもので、類推による推論や類推からの学習に関わる心理的プロセスを説明する心理学の理論です。^[3]より具体的には、この理論は、馴染みのある知識、つまり基本領域に関する知識が、あまり馴染みのないアイデア、つまりターゲット領域に対する個人の理解にどのように役立つかを説明することを目的としています。^[4]この理論によれば、個人は領域に関する知識を相互接続された構造として見ています。^[5]言い換えれば、領域はオブジェクト、そのプロパティ、およびそれらの間の相互作用を特徴付ける関係で構成されていると見なされます。^[6]類推のプロセスには以下が含まれます。

1. ベースドメインとターゲットドメイン間の類似した構造を認識します。
2. ベース ドメインの他の関係をターゲット ドメインにマッピングすることで、より深い類似点を見つけます。
3. これらの調査結果を対象ドメインの既存の知識と照らし合わせて確認する。^{[4] [6]}

一般的に、人々がシステムを比較対照しようとするとき、2つのシステムが互いに高度に対応している類推（例えば、ドメイン間で類似したオブジェクトがあるのではなく、ドメイン間で類似した関係がある）を好むことがわかっています。これは体系性原理としても知られています。^[5]

構造マッピング理論を説明するために使用された例は、Gentner と Gentner (1983) によるもので、流水の基本ドメインと電気のターゲット ドメインを使用しています。^[7]流水システムでは、水はパイプを通って運ばれ、水の流量は給水塔または給水丘の圧力によって決まります。この関係は、回路を流れる電気の関係に対応しています。回路では、電気は電線を通って運ばれ、電流、つまり電気の流量は電圧、つまり電気の圧力によって決まります。これらのドメイン間の構造、つまり構造の配置の類似性を考えると、構造マッピング理論では、これらのドメインの 1 つの関係が類推によって他のドメインに推測されると予測されます。^[6]

言語は、関係ラベルが与えられて明確さが増すと、類推的推論をサポートできます。^[8]たとえば、子どもたちは、箱のセット（例：セット 1：小さい箱、中くらいの箱、大きい箱。セット 2：中くらいの箱、大きい箱、特大の箱）間の関係構造を特定するよう求められると苦労します。子どもたちは、セット 1 の中くらいの箱（大きさが中くらい）をセット 2 の中くらいの箱（大きさが最小）にマッピングする傾向があり、両方のセットの大きい箱でも同じことが起きます。しかし、子どもたちは、セット 1 の最小の箱をセット 2 の最小の箱にマッピングする必要がある、などとは認識していません。子どもたちは、「赤ちゃん」、「ママ」、「パパ」などの関係ラベル^[9]（または、箱の例では、最小、中くらい、最大という言葉）を与えると、この関係を特定する能力が向上します。

言語は類推的推論をサポートするかもしれないが、必ずしも必要ではないかもしれない。研究によると、言語能力が限られている類人猿も関係的に推論することができるが、これはベースとターゲットが高度に一致している場合にのみ起こる。^[10]

マッピングされるオブジェクトが互いにどの程度類似しているかは、類推的推論に影響します。ベースドメインのオブジェクトがターゲットドメインの非常に類似したオブジェクトに対応している場合、それは非常に明確であると言われ、類推プロセスに役立ちます。^[6]非常に明確であることは、類推を使用して問題解決をサポートするときに非常に役立ちます。^[4]たとえば、学生がトーナメントで各ゴルファーに必要なゴルフボールの数を計算するように求められた場合、オブジェクトが非常に類似している将来の問題（各プレーヤーに必要なテニスボールの数についての推論など）にこのソリューションを適用できます。^[4]

類推的プロセスを実行するには、調整、推論、評価のプロセスを実行する時間が必要です。類推的推論を実行するのに十分な時間が与えられないと、2つのシステム間の低レベルのオブジェクト対応に固執する可能性が高くなり、類似している可能性のあるより高次の関係を特定しにくくなります。^[6]同様の効果は、作業記憶に高い認知負荷がかかっている場合にも発生します（たとえば、単語を頭の中に留めながら類推で推論しようとしている場合など）。^[6]

構造的整合は、より大規模な構造マッピング理論に含まれる 1 つのプロセスです。^[5]比較されている 2 つのドメイン間で構造的整合を確立する場合、システム間の類似点をできるだけ多く特定し、要素 (つまり、オブジェクト、プロパティ、関係) 間の 1 対 1 の対応を維持しようとします。^[5]流れる水と電気のアナロジーでは、1 対 1 の対応は、水道管が電線にマッピングされているが、回路内の他の要素とは対応していないことで示されます。さらに、構造的整合は並列接続によっても特徴付けられます。2 つのシステム間の関係に 1 対 1 の対応がある場合 (たとえば、パイプを通る水の流量は圧力とともに増加し、電気回路の電流は電圧とともに増加します)、関連するオブジェクトとプロパティも対応している必要があります (たとえば、水の流量は電流に対応し、水圧は電圧に対応します)。その逆も同様です。^[7]

類推推論は、構造マッピング理論に含まれる 2 番目のプロセスです。ドメインが 1 対 1 に対応している (つまり、最初のドメインの各用語が 2 番目のドメインの類似の用語を表す) ことがわかったら、この事実を使用して 2 番目のドメインについて結論を導き出すことができます。^[6] このプロセス中、個人はベース ドメインからターゲット ドメインに情報を投影することにより、ターゲット ドメインに関する推論を導き出します。^[4]次の例を使用してこのプロセスを説明することができます。^[7]ここで、 1 はベース ドメインに関する情報、2 はベース ドメインとターゲット ドメイン間の対応関係、3 はターゲット ドメインに関する推論を表します。

1. 配管システムでは、パイプが狭いと水の流量が低下します。
2. 細いパイプは電気回路の抵抗器に相当し、水は電気に相当します。
3. 電気回路では、抵抗器によって電気の流れの速度が低下します。

評価は構造マッピングの理論に含まれる3番目のプロセスであり、個人が構造を調整し、ターゲットドメインについての推論を提案した後に行われます。評価中、彼らは類推が関連性があり、もっともらしいかどうかを判断します。^[6]このプロセスは、類推における選択問題を解決することとして説明されています。 ^[11]または、すべての可能な推論が行われた場合、類推は無益になるため、個人がベースドメインからターゲットドメインにマッピングする推論をどのように選択するかを説明します。類推は2つの要素によって評価できます。

• 事実の正しさ。推論を正しさの観点から評価する場合、個人は推論を既存の知識と比較して、推論が真か偽かを判断します。^[4]正しさを判断できない場合は、推論の適応性、またはベースドメインからターゲットドメインに知識を翻訳するときに知識がどれだけ簡単に変更されるかを考慮する場合があります。^[6]
• 目標 類推を評価する際、洞察力を与える推論は、目の前の状況に関連していなければなりません。例えば、個人が問題を解決しようとする場合、推論は、実行可能な解決策^[4]に導く洞察力を提供するか、新しい、潜在的に役立つ知識を生み出す必要があります。^[11]

研究によると、子供は比較を使って抽象的なパターンを学ぶことができるが、そのためには他者からの促しが必要になることがある。^[9]この主張を裏付けるために、研究者らは一連の絵を見せて3歳と4歳の子供に簡単な関係性を教えた。各絵には同じ動物が3匹描かれており、子供に対して「トマ」とラベルが貼られていた。これらの子供のうち数人は異なる「トマ」を比較するように促されたが、他の子供はそうしなかった。絵を見て、比較するように促された後、子供たちは抽象的なパターン（つまり、「トマ」とは一致する動物の3つ組）を学んだかどうかをテストされた。子供たちに2つの絵を見せ、「どれが「トマ」？」と尋ねた。最初の絵は関係性の一致で、これまで見たことのない一致する動物の3つ組が表示され、2番目の絵はオブジェクトの一致で、子供が関係性を学んでいる間に見た一致しない動物の3つ組が表示されていた。学習中にトーマを比較するように促された子どもたちは、パターンを学習し、テストの際に関係の一致を選択する可能性が高かった。^[8]

子どもは抽象的な関係を学ぶために、必ずしも比較を促す必要はありません。最終的に、子どもは関係の変化を経験し、その後、単に一致するオブジェクトを見るのではなく、さまざまな状況で同様の関係を見始めます。^[9]これは認知発達にとって非常に重要です。特定のオブジェクトに注意を集中し続けると、抽象的なパターンを学び、類推的に推論する能力が低下するためです。^[9]興味深いことに、一部の研究者は、子どもの基本的な認知能力（つまり、作業記憶と抑制制御）がこの関係の変化を促進するのではないと提案しています。代わりに、関係をより明確にするオブジェクトのラベルなど、関係に関する知識によって促進されます（前のセクションを参照）。^[9]ただし、関係の変化が実際に基本的な認知能力が向上するためなのか、関係に関する知識が深まるためなのかを判断するのに十分な証拠はありません。^[6]

さらに、研究では、子供が促しを必要とせずに自発的に比較に参加し、抽象的な関係を学ぶ可能性を高める可能性のあるいくつかの要因が特定されています。^[8]比較されるオブジェクトが空間的および/または時間的に近い場合^{[8]、非常に類似している場合（ただし、関係の識別を妨げる一致するオブジェクトになるほど類似していない）、または共通のラベルを共有している場合、 [6]}比較の可能性が高くなります。^[9]

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