Психические состояния как эмерджентные свойства. От Походки до Сознания. Часть 1 (введение)

Авторы:

Круз Холке holk.cruse@uni-bielefeld.de Университет Билефельда, Билефельд, Германия

Шиллинг Мальте malte.schilling@uni-bielefeld.de Университет Билефельда, Билефельд, Германия

Источник: http://open-mind.net/papers/mental-states-as-emergent-properties-from-walking-to-consciousness#

Перевод с английского Шуравин А. П.

Аннотация.

В этой статье мы предлагаем подход «снизу-вверх» к высшим психическим состояниям, таким как эмоции, внимание, намерение, воля, или сознание. Идея такого приближения снизу-вверх состоит в том, что высшие состояния могут возникнуть как эмерджентные свойства, то есть, могут происходить без явной реализации исследуемого материала. Используя нейронную архитектуру, которая показывает возможности автономных агентов, мы хотим прийти к количественным гипотезам о когнитивных механизмах, т.е. придумать проверяемые предсказания, касающиеся основной структуры и функционирования автономной системы, которая может быть протестирована в системе контроля робота.

Мы не хотим построить искусственную систему, такую, например, как сознание. Наоборот, мы хотим создать систему, способную контролировать поведение. Только тогда эта система будет использоваться в качестве инструмента для тестирования того, что описания степени психических явлений, используемых в психологии или философии сознания могут быть применены к такой искусственной системе. Первоначально эти явления необходимо определить с использованием словесных формулировок, которые позволяют интерпретировать их по-разному. Функциональное определено, в отличие от него, не страдает от неоднозначности, потому что может быть выражено с помощью математических формул, которые можно протестировать в количественном моделировании. Важно отметить, что мы не связаны с «трудной» проблемой сознания, то есть с субъективной стороной психических явлений. Этот подход возможен, потому что, приняв монистическое воззрение, мы полагаем, что можем обойти «трудную» проблему без потери информации о возможной функции этих явлений. Иными словами, мы предполагаем, что феноменальность является неотъемлемым свойством как полной осознанности, так и метапознания (рефлексивного сознания). Следуя этим аргументам, мы утверждаем, что наша сеть может не только показать эмерджентные свойства на реактивном уровне, она также показывает, что можно наблюдать такие психические состояния, как эмоции, внимание, намерения, воля, сознание. Относительно сознания мы утверждаем, что свойства, частично составляющие полную осознанность, присутствуют в нашей сети, в том числе глобальные свойства. Это означает, что элементы процедурной памяти могут быть применены, даже если они не относятся к текущему содержимому. Дальнейшее расширение дискуссии показывает, что возможно распознавание свойств, являющихся атрибутами метапознания или рефлективного сознания.

Ключевые слова.

Полная осознанность, сознание, эмерджентные свойства, внутренний корпус модели, минимальная когнитивная система, управление двигателем, ReaCog, рекуррентные нейронные сети, рефлективное сознание, архитектура роботов.

  1. Введение

В этой статье мы предлагаем приблизиться снизу-вверх к высшим психическим состояниям, таким как, например, сознание. В отличие от большинства связанных подходов, мы не берем сознание нашей отправной точкой, наша цель, во-первых, построить систему, которая имеет основные свойства реактивной системы. На втором этапе эта система будет расширена, чтобы получить познавательные свойства в смысле способности перспективного планирования. Только после этого работа будет закончена, мы хотим видеть, чтобы в некоторой степени эта система была оснащена высшими свойствами, такими, как, например, эмоции или сознание. В то время как другие подходы требуют точного определения, например, определения термина «сознание», в нашем случае мы не должны начинать с четкого определения и пытаться втиснуть в него модель. Мы следуем этому альтернативному маршруту, потому что нет общепринятых определений, касающихся таких явлений высшего порядка. Таким образом, мы надеемся определить основные элементы, необходимые для создания, к примеру, экземпляра сознания.

Идея этого подхода состоит в том, что свойства более высокого порядка могут возникнуть как эмерджентные свойства, т.е. могут возникнуть без необходимости явной реализации рассматриваемого явления, вместо этого они возникают из-за взаимодействия элементов нижнего уровня. Некоторые авторы различают «сильное» возникновение эмерджентных свойств и «слабое» (например, Лафлин и Пайнс 2000). Под «сильными» эмерджентными свойствами подразумевают, такие свойства, для которых не существует принципиально никакой возможности объяснить их возникновение известными свойствами элементов системы и их взаимодействия. Здесь мы имеем дело со «слабым» появлением. Таким свойство признается, если, глядя на всю систему, мы можем, на первый взгляд, не прослеживать (или, возможно, только частично прослеживать) связь свойства с известными свойствами элементов и их соединений. Часто применяют вспомогательные допущения, чтобы объяснить свойство как глобальное свойств, то есть как свойство приписываемое системы в целом. При более детальном рассмотрении, однако, можно показать, что такие вспомогательные допущения не требуются. Вместо этого, эмерджентное свойство вытекает из свойств элементов и конкретных путей, в которых они взаимодействуют (имеют причинно следственные связи). Это проникновение в суть позволяет понять свойство в том смысле, что оно может быть предсказано, хотя мы не могли понять, почему оно возникает, и что кто-то способен построить новую систему, обусловленную этим свойством.


Рисунок 1: Устройство контроллеров ног (коробки: FL передний левый, ML средний левый, HL задний левый, FR передний правый, HL задний правый) водомерки. Стрелки показывают координационные влияния (1-4), которые действуют между соседними контроллеров ног.

Следуя этому подходу, ключевое решение будет принято сначала касаемо детализации элементов низшего порядка. В нашем подходе, мы исходим из поведенческой точки зрения и рассматриваем нервную систему в качестве центрального контроля действий. Таким образом, мы используем нейронные модули в качестве основных элементов нашей модели, а также для анализа. В частности, мы используем модули искусственной нейронной сети с аналоговыми значениями активации и динамическими свойствами (фильтр низких частот). То есть, наши нервные элементы качественно совместим с неимпульсными нейронами. Хотя есть аргументы, что сознанию для того, чтобы возникнуть, могут потребоваться синхронно колеблющихся импульсы (Синглер и Грей 1995), мы утверждаем, что применяемый здесь уровень достаточно общий, чтобы позволить понять такие психические процессы. В качестве побочного эффекта, этот уровень абстракции охватывает различные эволюционные группы, такие как, например, насекомые и млекопитающие. Хотя большая часть нашего обсуждения ниже фокусируется на примере насекомых, мы не собираемся утверждать, что насекомые имеют все свойства более высокого уровня, которые мы рассмотрим позже в этой статье. Мы утверждаем только то, что они разделяют одни и те же основные функции, используемые в управлении двигателем. Это и есть, на данном уровне, сопоставимые структуры.

Используя эти простые нейронные элементы, мы начнем с реализации основных функций, которые включают способность двигать собственное тело, и позволяют ориентироваться и производить навигацию в частично известном окружении. Для этого мы используем тело с шестью конечностями, как у насекомых. Это означает, что мы имеем дело, по меньшей мере, с восемнадцати активными степенями свободы (DOF), а не двумя, как это имеет место быть для многих роботов, которые ограничены в перемещении по кругу на двумерной плоскости. Это означает, что контроллер имеет дело с большим количеством избыточных степеней свободы. Для управления поведением робота мы используем реактивный и воплощенный нейронный контроллер, как это доступно в более ранней работе о поведении насекомых (Шиллинг и др. 2013a). Позже, небольшое расширение сети позволит реализовать когнитивные способности.

Каковы свойства реактивной / когнитивной системы, рассматриваемой здесь? Реактивная система называется «Walknet» и она основана на биологических принципах, почерпнутых из экспериментов по двигательному поведению клейких насекомых (Дюрр др. 2004;. Bläsing 2006 года; Шиллинг и др. 2013b). Как будет объяснено в разделе 2, Walknet была создана как система управления поведением шагающего шестиногого робота в непредсказуемой среде, например, на загроможденной поверхности или крутых подъемах, когда это выполняется в реалистичной, природной среде. Это является нетривиальной задачей. Уже на этом уровне мы можем наблюдать эмерджентные свойства. Количество ног на земле различное в зависимости от скорости ходунка (в случае медленной ходьбы больше ног находится на земле). Как следствие, фазовые соотношения между различными ногами различаются в зависимости от скорости ходунка. Важно отметить, что результаты шаговых образцов («походки») явно не закодированы в управляющей сети, но являются результатом взаимодействия управления сетью с окружающей средой, как опосредованного через тело (1-го порядка в варианте Метценже 2014). На следующем этапе реактивный контроллер расширяется, чтобы иметь возможность решать задачи навигации. Эта дополнительная сеть, называемая «NaviNet», дает возможность моделировать целый ряд экспериментальных результатов, наблюдаемых у пустынных муравьев и пчел, такие, как способность находить источники пищи, используя интеграцию пути и ориентацию по визуальным ориентирам.

Обе сети имеют децентрализованный характер. Эти сети состоят из процедурных (реактивных) элементов, которые названы малыми нейросетями, которые соединены с сенсорным вводом и моторным выходом, тем самым формируя процедурную память. Вдохновленные этими процедурными элементами (Мэйс, 1991), вкупе с мотивационным модулем и нейросетью с обратными связями мы сформировали основу законченной системы. Этот тип архитектуры был назван MUBCA (Motivation Unit Based Columnar Architecture — Мотивационный модуль, основанный на опорной архитектуре). Мотивационный блок нейросети позволяет выбрать различное поведение, принимающее различные состояния аттрактора, где каждый аттрактор представляет группу мотивационных блоков, являющихся активными, они включают контроль за процедурными элементами. Как различные группы делают в частичном пересечении, хотя разными путями, сеть позволяет представить гетерархическую (разнородную) структуру (к примеру, см. левую верхнюю часть рисунка 2).


Рисунок 2: Сеть управления реактивной системы. Мотивационный модуль (красный) образуют RNN, которые могут принимать различные состояния аттрактора (показано только два контроллера ног). Стрелки показывают возбуждающие влияния, Т-образные соединения показывают тормозные влияния (fw вперед, bw назад, r1 координация правила 1). Мотивационные блоки в контрольных процедура нижнего уровня (коробки, например, качели, стойки). Процедуры включают в себя внутреннюю модель тела (синий). Тело отмечено пунктиром («ноги»). Указанная здесь сеть управляет направлением движения NaviNet (см рисунок 4 для более подробной информации).

В качестве следующего «эволюционного» шага, это реактивная сеть будет расширена, чтобы быть в состоянии охватить когнитивные свойства (сект. 3 и 6). Понятие познания часто используется в широком и иногда не совсем специфическим образом. В дальнейшем мы будем опираться на определение, данное по Макфарланд & Bösser (1993), которые считают, что когнитивная система характеризуется возможностью перспективного планирования. Мы предпочитаем это четкое определение познания по сравнению со многими другими, найденных в литературе, так как последнее, как правило, довольно слабое (в крайних случаях когнитивные свойства даже отнесли к бактериям, это, на наш взгляд, сделало бы термин познания бессмысленно). В то время как такая специфическая определение может показаться слишком узкой, в нашем понимании это отражает суть познания. Ориентируясь на перспективное планирование, реализуемое путем мысленного моделирования (Hesslow 2002) позволяет расширить это понятие познания и легко включать в него другие явления высшего порядка, в то время все еще опираясь на тот же внутренний механизм. Таким образом, в этой статье, кроме раздела 10с (Метапознание), мы будем использовать термин «познание» в строгом смысле, предложенный Макфарланд & Bösser (1993).

Состояние предварительного планирования предполагает возможность быть в состоянии внутренне имитировать поведение, которое в основном означает, способность имитировать движения собственного тела в данной среде. Эта способность требует, в качестве первого шага, наличие гибкой внутренней модели тела. Перспективное планирование интересно в ситуации, когда осуществление реактивного поведения на самом деле не позволяет достичь ожидающий цели. Таким образом, дальнейшее расширение требует возможности изобрести новые стратегии поведения. Вместе с возможностью перспективного планирования, система может проверить вновь изобретенные стратегии поведения путем применения внутреннего моделирования (внутренний «метод проб и ошибок») для того, чтобы найти решение для новых задач, для которых решение в настоящее время не известны системе. [3]

Эта система, называемая «reaCog», представляет собой базовую версию когнитивной системы в строгом смысле намерения от Макфарланд & Bösser (1993). Таким образом, когнитивные расширение не работает само по себе, но только, как надстройка в верхней части реактивных структур –это мнение было поддерживаемо в течение длительного времени (Norman & Shallice 1986). Когнитивной системы зависит от его реактивной основы (поэтому он называется reaCog). Таким образом, эволюция когнитивных способностей принципиально требует соответственно емкой (процессуальной) памяти.

Для того, чтобы увеличить богатство памяти всей системы, в разделе 5 мы представим восприятия памяти и закончим систему путем реализации «Семантической сети», специфической форма процессуального восприятия и памяти. Таким образом, вся система оснащена элементами семантической памяти, и они могут быть востребованы для представления минимальной когнитивной системы. Мы не занимаемся обучением, но только обсуждаем свойства готовой сети. Усвоение некоторых аспектов, однако, были опробованы ранее (Hoinville др. 2012 года; Круз & Schilling 2010a).

После представления reaCog в разделах 2 6, мы, в разделах 7- 11, обсудим, как более абстрактные функции, такие как те, что описаны, например, в психологии, могут быть основой на такой простой структурированной сети. Фундаментальная проблема, состоит в стремлении к пониманию явлений, таких как эмоции или сознания, касаемо феноменального аспекта. Феноменальный аспект, часто характеризуется как трудная проблема (Чалмерс 1997), относится к странному, необъяснимому явлению: физические системы, в нашем случае в лице конкретных динамик нейронных структур, могут сопровождаться субъективным опытом. Главным образом, они могут испытывать боль, ощущение цвета, или внутреннее состояние эмоций (например, радость, страх). В разделе 7 мы обсудим этот аспект в некоторых деталях и предположим, что феноменом является эмерджентное свойство. Как уже упоминалось, мы не стремимся решить трудную проблему (Чалмерс 1997), но мы считаем, что это достаточно, чтобы сконцентрироваться на функциональном аспекте.

В частности, мы концентрируемся на явлениях эмоций и сознания. По мнению ряда авторов (например, Вальдеса и Меграбян 1994), они считаются неотъемлемым свойством для некоторых когнитивных систем. Поэтому, хотя мы не утверждаем, что эмоции (раздел 8), внимание, воля, намерение (раздел 9), и сознание (раздел 10) должны обязательно быть отнесены к нашей системе в каком-то смысле, мы собираемся обсудить, в какой степени свойства, характеризующиеся различными уровнями описания, можно наблюдать в нашей модели.

Учитывая, что эмоции определены на разных уровнях в литературе, нет четкого, общепринятого различия между понятиями, такими как эмоции, настроения, мотиваций, доминанты и т.д., которые, кажется, образуют континуум перекрывающихся четко не разделяющимися концепций (Перес др. 2012). Сосредотачивая внимания на отдельных примерах, в разделе 8 мы покажем, как эти явления могут быть отнесены к нашей системе, например, ссылаясь на основных эмоций как это предложил Экман (1999).

Относительно сознания, как отмечается в Клиреманса (2005), это явление следует рассматривать дифференцируя различные аспекты и трактовать эти аспекты отдельно. Для этого, следующий блок (1995, 2001), Клиреманса (2005), вводит различие между доступом к сознанию, метапознанию и феноменальному сознанию. В разделах 10а (обращение к сознанию) и 10c (метапознания) мы сосредоточимся определенным образом на представленной модели, которая может быть связана с различными аспектами, которые описываются Клиреманса (2005), например, обращение к сознанию и метапознание. С нашей точки зрения простое управление структурой представляет собой выполнение некоторых аспектов как сознания, так и метапознания. Мы закончим обсуждение и заключительных разделах. 11, 12. [4]

Продолжение Психические состояния как эмерджентные свойства. От Походки до Сознания. Часть 2 (Главы 2-4)

 

Comments

So empty here ... leave a comment!

Добавить комментарий

Sidebar