Psychology of Learning and Motivation, 52, 343–384p. (2010) DOI:10.1016/S0079-7421(10)52009-7

The Self-Organization of Cognitive Structure

J. A. Dixon, D. G. Stephen, R. A. Boncoddo, J. Anastas

Explaining the emergence of new structure is a fundamental challenge for theories of cognition. In this chapter, we provide evidence for a physical account of the emergence of new cognitive structure, grounded in work on self-organization. After introducing the issue of new structure, we discuss the relation between a physical account of cognition and current approaches that ascribe causal power to information transfer. We then review results demonstrating a strong link between action and the development of a new representation during problem solving; these findings highlight the difficulty that information-transfer approaches encounter in explaining new structure. We next introduce self-organization, a phenomenon that occurs in open thermodynamic systems. Evidence for a central prediction from self-organization is reviewed: entropy should peak and then drop just prior to the emergence of a new cognitive structure. We further show that injecting entropy into the system sends the cognitive system through its transition to new structure more quickly. Finally, a set of converging predictions, changes in power-law behavior, are demonstrated for two tasks. The promise and challenges of developing a physical approach to cognition are discussed.

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