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Semantische Netzwerke

Hierarchische Netzwerkarchitektur

Collins/Quillian (1969)


PSYCHOLOGIE
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YouTube-Video: Was sind Semantische Netzwerke? -  Psychologie mit Prof. Erb (8:26)

Eine hierarchische organisierte Netzwerkarchitektur, die in ihrem Aufbau mit einer Pyramide verglichen werden kann, stellt das funktionsorientierte semantische Netzwerk dar, das von »Allan M. Collins und »Ross Quillian (*1931) im Jahre 1969 vorgestellt und mit verschiedenen Experimenten geprüft worden ist. Dabei werden, pointiert ausgedrückt, Informationen in einer "Hierarchie kategorialer Tatsachen skizziert, beispielsweise dass ein Kanarienvogel ein Vogel ist und ein Vogel ein Tier". (Anderson 72013, S.105) Es soll erklären, wie ▪ konzeptuelles (kategoriales) Wissen in unserem ▪ Langzeitgedächtnis (LZG) gespeichert, organisiert und bei Bedarf wieder zugänglich gemacht werden kann.

Hierarchisch organisierte semantische Netzwerke gehen davon aus, dass die Bedeutungen von Erfahrungen, die wir als Wissen speichern, im Rahmen einer logischen Begriffshierarchie in logischen Über- und Unterordnungsbeziehungen organisiert werden. Einem Fischernetz vergleichbar stellt dabei jede Kategorie (Konzept, Proposition), die wir im Gedächtnis repräsentieren, einen ▪ Knoten (nod) dar, der mit anderen Knoten zu diesem Netz verknüpft ist. 

Um bestimmte kategorisierte Informationen aus dem Gedächtnis abrufen zu können, müssen bestimmte Knoten "abgearbeitet" werden, d. h., vergröbernd formuliert, das Netzwerk muss in einer bestimmten Art und Weise durchlaufen werden, um Informationen auf unterschiedlichen Hierarchieebenen abzurufen.

In diesem Prozess werden die in der Netzwerkhierarchie auf unterschiedlichen Ebenen verorteten und in Konzepten  mit ihren Attributen (Merkmalen) repräsentierten Informationen zusammengeführt, um bestimmte Objekte identifizieren oder wiederzuerkennen.

Jedem Knoten (Konzept, Kategorie) sind auf der jeweiligen Hierarchieebene bestimmte Attribute (Merkmale) zugeordnet. Man könnte annehmen, dass die Konzepte unterer Hierarchieebenen, in denen ja die vielfältigen und auch spezifischen Merkmale eines Objekte repräsentiert werden, deutlich mehr sein müssten, als die Merkmale (Attribute), die ranghöheren Allgemeinbegriffen (Konzepten) gespeichert sind. Doch dem ist nicht so. Die Zahl der mit den Konzepten gespeicherten Merkmalen auf der höheren Hierarchieebene, deren Kategorien (Konzepte) ja allgemeiner ausfallen, ist nicht grundsätzlich geringer, sondern weist nur eine andere Zusammensetzung der assoziierten Merkmale auf. Ein zunehmender Allgemeinheitsgrad von Konzepten führt also nicht zu weniger Merkmalen.

Natürlich weist "Wuddiwuddler", der ganz konkrete Hund (s. Abb.), den wir in Erinnerung haben oder vor uns sehen, ganz besondere Merkmale auf, die zu denen, die das Konzept "WUDDIWUDDLER" von übergeordneten Kategorien quasi vererbt bekommen hat (Transitivität), dazu kommen: besonders freundlich zu Freunden und Bekannten, verspielt, geduldig und eigensinnig etc. Wenn wir ihn in der übergeordneten Klasse der TibetterRier (HUNDERASSE) einordnen, dann sind mit diesem Konzept nur noch jene Merkmale gespeichert, die TIBETTERRIER von anderen HUNDERASSEN unterscheiden. Und steigt man in der Begriffshierarchie ganz weit nach oben, steht da das Konzept TIER, das mit allgemeinen Merkmalen von PFLANZEN und UNBELEBTEN DINGEN abgegrenzt wird.

So werden also, völlig unabhängig davon, auf welcher Hierarchieebene man das Netz betrachtet, zu jedem Konzept nur die Merkmale gespeichert, "in denen sich das Konzept von benachbarten Konzepten gleicher Allgemeinheit unterscheidet." (Hoffmann/Engelkamp 22017, 5.3.5 Die Repräsentation von Konzepten unterschiedlicher Allgemeinheit, »https://amzn.eu/bORhYQ)

Hierarchisch organisierte semantische Netzwerke stellen relationale Beziehungen von Kategorien für Klassen (Oberbegriffe, Konzepte) in einer transitiv strukturierten Begriffshierarchie mit zugeordneten Unterbegriffen sowie anderen semantischen Eigenschaften dar. Ihre Prinzipien und ihre Funktionsweise können hier nur in einem kurzen Überblick dargestellt werden.


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Jeder dieser eine Klasse bildenden Oberbegriffe (Hyperonyme) (übergeordnete Kategorie) steht dabei in einer Begriffshierarchie in einem relationalen, transitiven und asymmetrischen Verhältnis zu den Unterbegriffen (Hyponym) (untergeordnete Kategorien), die bestimmte Eigenschaften repräsentieren. Dabei gelten die Kategorien, die auf einer übergeordneten Hierarchiestufe gelten, auch für die untergeordneten. Mit anderen Worten: Die Eigenschaften (Attribute) des Oberbegriffs werden auf den Unterbegriff vererbt. Allerdings kann es auch zu einer Art multiplen "Vererbung" kommen. So kann man die Begriffshierarchie für die Kategorie BANANE als Unterbegriff sowohl mit SÜDFRUCHT oder auch mit PLANTAGENPFLANZE als Oberbegriff verbinden.

Neben der Obergriffs-Unterbegriffs-Relation spielen in semantischen Netzwerken aber noch weitere ▪ lexikalisch-semantische Relationen eine Rolle, auf deren Darstellung hier bei diesem Überblick verzichtet wird.

 

 

An unsere Alltagvorstellung kommt am ehesten wohl die Vorstellung heran, dass das, was wir wissen, irgendwie miteinander verknüpft ist und einem mal schnell zur Verfügung steht, sich ein andermal erst nach und nach wieder einstellt oder einfach ganz vergessen ist oder nur vergessen zu sein scheint. Wir kommen zudem manchmal ▪ vom Hölzchen aufs Stöckchen ohne uns erklären zu können, wie das eigentlich passiert. Aber auf der anderen Seite sind solche Alltagsvorstellungen über unser Denken auch dafür verantwortlich, dass uns Vorstellungen, dass Denken auf assoziativ vernetzten Strukturen besteht, meistens unmittelbar einleuchtet.

Das Beispiel veranschaulicht, wie wir "vom Hölzchen aufs Stöckchen kommen", wie man redensartlich sagt und damit ausdrücken will, dass man mehr und mehr vom eigentlichen Thema abkommen kann, wenn man seinen Gedanken und Gefühlen freien Lauf lässt. Auch wenn die "Erzählung" den tatsächlichen Ablauf der ▪ mnemonischen Prozesse, die sich dabei im Gedächtnis abspielen, nicht wiedergeben kann, zeigt es doch, dass wir in diesem Fall auf verschiedene Speichersysteme in unserem ▪ Langzeitgedächtnis zurückgreifen. In dessen untergeordneten System, dem ▪ deklarativen Gedächtnis, wird dabei auf das ▪ semantische und das ▪ episodische Gedächtnissystem zurückgegriffen.

Semantische Netzwerke im semantischen Gedächtnis

Die Wissenschaft nimmt solche Vorgänge, wie sie in der obigen "Erzählung" dargestellt werden, natürlich anders, analytisch und vor allem systematisch, unter die Lupe. Sie will z. B. erklären, wie wir Wissen in unserem Gedächtnis erwerben, dieses organisieren und strukturieren, auf welche Weise wir es letztlich repräsentieren.

Eine sehr prominente Form zur Erklärung dieser Vorgänge sind funktionsorientierte Theorien mittlerer Reichweite (vgl. (Wentura/Frings 2013, S.33), die die Wissensrepräsentation in Form von Netzwerken modellieren. Dabei sind solche Modelle natürlich hypothetische Konstrukte, so dass in diesem Zusammenhang sogar von einer Netzwerkmetapher gesprochen wird. (vgl. ebd., S.32)

Netzwerkmodelle nehmen an, dass unser Wissen im Gedächtnis wie in einem Fischernetz, das aus einzelnen Knoten und ihren Verbindungen geknüpft ist, miteinander verknüpft ist. Jeder dieser Knoten (nods) steht dann für eine Kategorie (Konzept, Proposition), die in Verbindung mit anderen Kategorien steht. Wie die Kategorien gebildet werden, spielt dabei keine Rolle.

Netzwerkmodelle modellieren dabei vor allem Vorgänge, die sich in unserem ▪ semantischen Gedächtnis abspielen, dem Bereich des ▪ (deklarativen) Gedächtnisses also, der allgemein als Speicher für das deklarative Wissen (z. B. Weltwissen, Faktenwissen, Allgemeinwissen, enzyklopädisches Wissenexplizites Wissen, Fachwissen) steht, welches wir im Laufe unseres Lebens erworben haben (generisches Wissen).

Was wir im semantischen Gedächtnis gespeichert haben, z. B. Informationen wie Kanarienvögel sind gelb und können singen sind dabei vom konkreten Exemplar abstrahierte Kategorien, die wir als mentales Konzept KANARIENVOGEL im Gedächtnis gespeichert haben.

Da das konzeptuelle Wissen, das im semantischen Gedächtnis in der Regel sprachlicher Natur ist, können wir meistens auch in dieser oder jener Form verbalisieren, was wir wissen.

Es gibt unterschiedliche Vorstellungen über semantische Netzwerke

Man kann sich die Netzwerkarchitektur unseres gespeicherten Wissens auf unterschiedliche Art und Weise vorstellen und deshalb auch unterschiedliche Netzwerke konstruieren. Je nachdem, was sie leisten sollen, eine theoretisch fundierte Erklärung oder ein Modell, das sich empirisch an bestimmten Erinnerungs- und Wiedererinnerungseffekten nachweisen lässt, gelten für die Netzwerkkonstrukte natürlich auch andere Bedingungen.

Grundsätzlich kann man unter dem Aspekt, wie sie die Organisation des Wissens jeweils modellieren, zwischen zwei Netzwerkmodellen unterscheiden.

  •  Hierarchisch organisierte semantische Netzwerke gehen davon aus, dass die Bedeutungen von Erfahrungen die wir als Wissen speichern, im Rahmen einer logischen Begriffshierarchie in logischen Über- und Unterordnungsbeziehungen organisiert werden, über die zugleich die Verbindung der Knoten des Netzwerks laufen. Um bestimmte kategorisierte Informationen aus dem Gedächtnis abrufen zu können, müssen bestimmte Knoten (Kategorien) abgearbeitet werden. Semantische Netzwerke dieser Art sind z. B. die von Collins und Quillian (1969) modellierten Netzwerke oder auch propositionale Netzwerke.

  • Wer auf der Grundlage des unten dargestellten semantischen Netzwerkes sich also z. B. in Erinnerung rufen will, ob ein KANARIENVOGEL eine Haut besitzt, muss über das Konzept TIER gehen, das dieses Merkmal repräsentiert. Wer indessen wissen will, ob ein STRAUSS ein Vogel ist, kann dies nicht von der übergeordneten Kategorie VOGEL ableiten, ihm hilft also das Abarbeiten dieses Knoten nicht, um Klarheit bei seinen Klassifizierungsanstrengungen zu gewinnen. Das liegt einfach daran, dass VOGEL und STRAUS in keiner transitiven Beziehung zu einander stehen, STRAUSS eben nicht alle Merkmale (Atribute) "erbt", die mit dem Konzept VOGEL (hat Federn, hat Flügel, kann fliegen) verbunden sind. Ein STRAUSS kann eben nicht fliegen. An diesem Beispiel zeigen sich also auch Grenzen, die der Vorstellung von sozialen Netzwerken gezogen werden. Sie können nur durch Heranziehung anderer Konzepte wie z. B. der Typikalität, die davon ausgeht, dass "Kategorien als Bündel von Merkmalen repräsentiert werden, die typisch oder charakteristisch für die Kategorie sind, aber nicht unbedingt notwendig oder hinreichend." (Waldmann 2017, S.361) Die Alltagskategorie (natürliche Kategorie) VOGEL, mit der die meisten Menschen operieren, kann also durchaus das Attribut kann fliegen haben, ohne uns daran zu hindern, auch ein STRAUSS als Vogel zu betrachten, der, wie jeder weiß, sich nicht in die Lüfte schwingen kann. Das semantische Netzwerk kann also nicht erklären, warum Kategoriengrenzen also auch unscharf bleiben können, ohne unsere Behaltens- und (Wieder-)Erinnerungsleistungen grundsätzlich zu beeinträchtigen.

Wenn wir die Verknüpfung der Knoten(punkte) des Netzwerkes, nicht in Form einzelner, in einer Begriffshierarchie zueinander stehender Begriffe (Kategorien, Konzepte etc.) darstellen, sondern in Form logischer Aussagen, die wahr oder falsch sein können, also in Form von Propositionen, dann ist das semantische Netzwerk ein ▪ propositionales Netzwerk, bei dem die Verknüpfung seiner Knoten mit logischen Aussagen in Verbindung stehen (vg. Gruber 2018, S.47) und in einer besonderen Form visualisiert werden kann.

Wie diese Repräsentation von assoziativem und begrifflichem (propositionalem, kategorialem, konzeptuellem) Wissen mit bestimmten Prozessen aussehen könnte, kann man mit der Vorstellung eines Netzwerkes verbinden, "bei dem die Begriffe intern über sprachähnliche Symbole repräsentiert, die miteinander vernetzt sind" (Wentura/Frings 2013, S.31). Da es dabei immer um die Repräsentation von Bedeutungen gemachter Erfahrungen handelt, wird ein solches Netzwerk auch als semantisches Netzwerk bezeichnet.

Dabei darf man sich diese Netzwerke allerdings nicht als statische Gebilde vorstellen. Sie haben nämlich - ähnlich wie ▪ Schemata -  ihre eigene Dynamik: Das Netz, das wie ein Fischernetz aus zahlreichen Knoten (Begriffen, Konzepten, Kategorien) besteht, kann sich nämlich verändern, indem sich die Beziehungen (Relationen) dieser Knoten zueinander verändern oder einfach durch Integration neuen Wissen weitere Knoten in dem bestehenden Netz geknüpft und mit vorhandenen verbunden werden. Dementsprechend unterscheiden sich unsere semantischen Netzwerke auch voneinander, auch wenn in ihnen in einer gleichen Welt (z. B. einer Kultur) die Bedeutung vieler Kategorien konventionell festgelegt ist.

Wer also z. B. Weinexpertin* ist, verfügt, was den Knoten bzw. das Konzept WEIN angeht, natürlich über, zunächst einmal nach unten hin gedacht, ein weitaus differenzierteres Netz mit untergeordneten Kategorien, kann z. B. mit der BLUME eines Weines etwas anfangen und weiß neben anderen Aspekten auch Bescheid darüber, dass ein »Cabernet Sauvignon eine ursprünglich aus dem französischen »Bordelais stammende Rotweinsorte ist, die solange der Wein "jung" ist, "fruchtig, rau und gerbstoffbetont mit kräftiger 'Nase'" daherkommt, und erst im Laufe seiner Reifung jene feinen Röstaromen, Aromen von schwarzen Johannisbeeren usw. entwickelt, die diesen Wein auf der ganzen Welt so beliebt gemacht haben. Einer gewöhnlichen Weintrinkerin* fällt dazu vielleicht nicht mehr ein, als dass ihr dieser Wein einfach schmeckt. Dass die individuellen semantischen Netzwerke auch eine soziale Dimension haben, wird einem schnell klar, wenn man sich eine Situation vorstellt, in der man als die einzige "einfache Weintrinkerin" in ein Seminar von Weinsommeliers geraten würde, und die Aufgabe hätte, einen bestimmten Wein mit den gemeinhin üblichen Kategorien zu beschreiben. Schaut man über dieses Beispiel hinaus, dann kann man sich mit Hilfe der semantischen Netzwerke zumindest vorstellen, wie es bei bestimmten "Querdenkern" in der für sie wohl typischen Echokammer bzw. »Filterblase während der »COVID-19-Pandemie 2020/21 geknüpft gewesen sein mag, wenn sich bestimmte populistische Stereotype und »verschwörungstheoretische Konzepte als Knoten (Lügenpresse, »QAnon oder andere  »Falschinformationen zu COVID-19 etc.) verbinden und immer wieder gegenseitig aktivieren.

In diesem Netzwerk können Begriffe stärker oder schwächer aktiviert sein und damit für einen unterschiedlichen Grad von Zugänglichkeit (accessibility) der jeweiligen Information sorgen. In den sogenannten Spreading-Activation-Modellen (spreading activation) wird sogar davon ausgegangen, dass sich diese Aktivierung gewissermaßen automatisch von der einen zur benachbarten bzw. verbundenen Kategorie (Knoten) ausbreitet, ist erst einmal ein bestimmter Knoten des Netzwerkes (Kategorie) aktiviert.

Die hierarchisch-kategoriale Architektur semantischer Netzwerke (Collins/Quillian 1969)

Grundsätzlich gesehen können die Verbindungen und Beziehungen, die zwischen den Konzepten (Kategorien, Knoten, nodes) bestehen, assoziativ sein (also so ähnlich wie in der obigen (assoziativ erscheinenden) "Erzählung" oder bei den angesprochen kreativen Methoden) und dann ein assoziatives Netzwerk darstellen.

Wie in der obigen Darstellung zu sehen, sind die Kategorien (KANARIENVOGEL, VOGEL etc.) als Obergriffe im Netzwerk auf eine bestimmte Art und Weise verbunden.

Jeder dieser eine Klasse bildenden Oberbegriffe (Hyperonyme) (übergeordnete Kategorie) steht dabei in einer Begriffshierarchie in einem relationalen, transitiven und asymmetrischen Verhältnis zu den Unterbegriffen (Hyponym) (untergeordnete Kategorien), die bestimmte Eigenschaften repräsentieren. Dabei gelten die Kategorien, die auf einer übergeordneten Hierarchiestufe gelten, auch für die untergeordneten. Mit anderen Worten: Die Eigenschaften (Attribute) des Oberbegriffs werden auf den Unterbegriff vererbt. Allerdings kann es auch zu einer Art multiplen "Vererbung" kommen. So kann man die Begriffshierarchie für die Kategorie BANANE als Unterbegriff sowohl mit SÜDFRUCHT oder auch mit PLANTAGENPFLANZE als Oberbegriff verbinden.

Neben der Obergriffs-Unterbegriffs-Relation spielen in semantischen Netzwerken aber noch weitere ▪ lexikalisch-semantische Relationen eine Rolle, auf deren Darstellung hier bei diesem Überblick verzichtet wird.

Gegen die Vorstellung von semantischen Netzwerken, die manchen auch "inzwischen etwas  »angestaubt«"((Wentura/Frings 2013, S.30) vorkommt, werden vor allem Einwände vorgebracht, die sich aus Untersuchungen zum Informationsabruf aus dem Gedächtnis ergeben haben, die "die aus dem ursprünglichen Experiment von Collins und Quillian gezogenen Schlussfolgerungen in einigen Bereichen in Frage gestellt" (Anderson 72013, S.105f.)

Der Anschaulichkeit und der daraus resultierenden Popularität der Modellierung von Wissen in Gestalt semantischer Netzwerke tut dies indessen offenbar kaum Abbruch.

YouTube-Video: Was sind Semantische Netzwerke? -  Psychologie mit Prof. Erb (8:26)

 Gert Egle, zuletzt bearbeitet am: 14.03.2021

       
 

 
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