Психические состояния как эмерджентные свойства. От Походки до Сознания. Часть 3. Главы 5-7.

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.

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

5. Семантическая сеть и память восприятия

До этого момента в нашей сети мы имели дело только с процессуальной памятью, то есть, памятью, представляющую собой соединения между конкретными сенсомоторными элементами, которые способны контролировать конкретные стратегии поведения (например, Swingnet, landmark). В качестве последнего расширения, которое мы сейчас покажем, это как сеть может также быть оснащена каким-либо аспектом семантической памяти, так что смысл может быть связан со словесным выражением. С этой целью, сеть может быть расширена за счет введения другого слоя (не показан на рисунке 6). В этом четвертом слое, словесные выражения хранятся в процедурах или семантических сетях. Эти процедуры могут быть использованы либо для произношения сохраненного ранее слова, или осмыслить его, то есть они могут быть использованы как для двигательного контроля, так и для слухового восприятия. Как и в случае с другими процедурами, каждая семантическая сеть оснащена мотивационным блоком. Мотивационные блоки семантических сетей имеют определенную функцию, для более легкого различия, мы будем называть их модули слова (WU). Как следует из (2007; Steels & Belpaeme 2005 г.) каждая семантическая сеть, связанная с соответствующим блоком мотивации, осуществляет осмысление (например, мотивационный блок для ходьбы связан с семантической сетью «идти»). Смысл семантических сетей в этом случае основывается на поведенческих стратегиях соответствующих мотивационных установок. В качестве примера, на рисунке 7 показана возможная детализация такой сети, в том числе некоторые элементы Walknet и NaviNet. Мотивационный блок процедуры (например, свинг-сеть) и соответствующей семантической сети (например, «Свинг») соединены с помощью двунаправленных связей (пунктирные двуглавые стрелки). Соединения не могут быть активными одновременно, но в зависимости от общего состояния сети, называется «Отчет» и «Восприятие». В состоянии восприятия может быть активировано, только соединение от блока слова к невербальной процедуре его блока мотивации (сверху вниз на рисунке 7), в то время как в состоянии отчета могут быть активированы только противоположные соединения. Как видно на рисунке 7, семантические сети могут быть связаны не только с мотивационными блоками сенсомоторных сетей, но и с мотивационными блоками, которые непосредственно не контролируют элемент сенсорно ввода (например, «Ходьба», «Исходящий»).

Что может быть функцией этого расширения семантической сети? В состоянии восприятия (или состоянии реакции), воспринимается слово, произнесенное другим агентом, при помощи семантической сети оно будет активировать блок мотивации своего партнера, и тем самым, возможно, повлияет на его поведение (в зависимости от фактического внутреннего состояния системы и с силы воздействия входного слова). Когда в состоянии отчета, реально активные блоки мотивация, в свою очередь, включат их соответствующие семантические, которые могут привести к произношению слова. Разумеется, только одно слово может быть активно в данный момент времени, требующее какое-то решение сети (например, WTA-сеть), тем не менее, из соображений простоты, это не показано на рисунке 7. В любом случае, введение семантической сети позволяет только базовую форму общения между агентом и любым другим партнером, связь ограничивается предложением из одного слова.

Как указано в левой части рисунка 7 (модули «перед», «налево»), далее мотивационные блоки могут быть введены в сети, которые не имеют прямую встроенную функцию в этом варианте, контроллера Walknet. Конечно, эти устройства могут быть подключены к модулям слов. (Обратите внимание, что мы имеем дело не с вопросом, как эти блоки могут быть соединены в сеть через обучение).

Эта архитектура сочетает в себе сенсомоторные процедуры с семантическими сетями (которые сами по себе представляют собой специфические сенсомоторные процедуры). Вместе они образуют простой случай семантической памяти, потому что память, представляющая процессуальное действие (например, свинг-сеть) связана с элементом памяти, представляющей словесные символы.

Рисунок 5: Тело-модель и ее отношение к телу робота Гектор (а). (б) показывает, векторы, образующие центральный орган (слева) и векторы, образующие одну модель ноги (справа). Центральная модель и ножные модели подключаются совместно через «ноги вектор» (белые стрелки), это точки от бедра до кончика ноги (показано здесь только для передней левой ноги). Направление и скорость ходьбы контролируется входными векторами pull_fw (вперед) или pull_bw (назад), предусмотренных сенсорным вводом.

Чтобы проиллюстрировать универсальность этой архитектуры, кратко рассмотрим, как это также может быть применено для того, чтобы охватить восприятия памяти. Следуя идеям О’Коннор и др. (2009), Круз и Шиллинг (2010a) показали, каким образом РНН, используя те же элементы, применяемые здесь для блока мотивации, могут быть использованы для построения восприятия памяти. Эта сеть позволяет не только представить непосредственно воспринимаемые элементы восприятия (например, цвета или формы объекта), но и вышестоящих понятий (например, корова, животное, четвероногий). Обратите внимание, что «четвероногий» также может быть признаком не-животных, например, стол. Таким образом, способность нашей сети, иметь дело с иерархической структурой полезно также для восприятия памяти. Элементы такой распределенной памяти также могут быть подключены к конкретным семантическим сетям (например, «красный», «корова», «животное»), как это было описано выше для сенсомоторного мотивационного модуля. Соответственно, активация одного элемента перцепционной памяти может вызвать произнесение соответствующего слова, и, в свою очередь, в режиме восприятия, слушание слова может активировать различные элементы процедурной памяти, которые связаны с этим словом.

6 ReaCog: эмерджентные свойства в отличии от применения других уровней описания

Итак, нейронный контроллер Walknet (подробнее см Дюрр др 2004 года;.. Шиллинг и др 2013a) является воплощенной система управления (первого порядка вариант, ср Метценже 2006 года, 2014 г.). Реактивная система может иметь дело с различными непредсказуемыми средами. Он опирается только на информацию, которая доступна для его механосенсоров, это возможно, потому что и тело и окружающая среда являются неотъемлемой частью общей вычислительной системы. Таким образом, система воплощена. Конечно, система имеет физическое тело, но даже больше, воплощение означает, что свойства организма (как и его геометрия) используются в расчетах контроллера. Рассматривая свое собственное тело как часть окружающего мира, позволяет существенно упростить вычисления (Schmitz и др. 2008). Эти свойства, конечно, также присутствуют в расширенной версии, в reaCog. Даже если в reaCog вводится внутренний орган-модель для того, чтобы контролировать большое количество степеней свободы, reaCog по-прежнему сильно зависит от согласованности отдельных частей, т.е. сочетание связей между телом, окружающей средой, внутренней моделью тела, и самоконтроля. Кроме того, эта внутренняя модель собственного тела используется для планирования будущих действий. Такая сеть, после Метценже (2006, 2014) представляет собой систему, которая характеризуется воплощением второго порядка.

Как показано на рисунке 2, процедуры, формирующие децентрализованной контроллер, в основном, расположены параллельно, то есть, каждая процедура получает свой собственный сенсорный вход и обеспечивает определенную мощность двигателя. Но процедуры могут также принимать ввод от других процедур и могут обеспечивать вывод непосредственно к другим процедурам. Это относительно плоская, гетерархическая структура также применяется семантическими сетями и восприятием памяти (Круз и Шиллинг 2010a).

ReaCog автоматически выбирает действия на нижнем реактивном уровне. Некоторые из этих процедур могут выполняться параллельно. На когнитивном уровне, решения о действиях выбора не основаны только на сенсорном вводе, но выбираются в зависимости от воображаемого действия, так как есть стохастический эффект из-за шума в контроллере внимания. Позже решение проходит проверку внутренним моделированием, прежде чем оно применяется к реальной системе, и только после успешного выполнения предлагаемая стратегия поведение сохраняется в долговременной памяти. Таким образом, этот процесс решение может быть представлен как Дарвиновский отбор, который начинается от случайных «мутаций», которые затем проверяются на «пригодность» и остаются только пригодные стратегии поведения. Таким образом, reaCog является минимальная когнитивная система в смысле определения, данного по Макфарланд & Bösser (1993).

После того как мы определили сеть управления количественно, мы можем использовать reaCog для анализа эмерджентных свойств, которые не были реализованы в явном виде. В качестве примера мы уже рассмотрели, такой термин как «трехногая походка», что имеет смысл на поведенческом уровне, для того чтобы описать эмерджентное общее поведение ходунка. Но в reaCog на уровне управления нет явного контроллера «трехногой походки». (Шиллинг и др 2008;. Шиллинг и др 2013a.). Локальные влияния связок соседних ног отвечают за общее скоординированное поведения ходунка (в отличие от многих других контроллеров насекомообразных роботов), а также различные походки могут возникнуть только при выборе различных скоростей. Таким образом, очевидные «походки» или наблюдение, что требуются «когнитивные карты» может быть видно как эмерджентное свойство такой сети.

В дальнейшем, мы обратимся к понятиям, которые, как правило, применяются в областях, отличных от компьютерной науки или поведенческой биологии, в частности, к таким как психология и философия духа. Выбор другого уровня описания может помочь нам лучше понять системы на более абстрактном уровне. Кроме того, этот подход может привести к более операционным определениям для понятий, используемых в других дисциплинах. Это основано на предположении, что многие из вышеуказанных явлений эмерджентны (Vision 2011), и что они могут быть использованы в качестве концепций только на более высоком, более абстрактном уровне.

Рисунок 6: Контроллер реактивной системы, как показано на рисунке 2 с помощью расширенной WTA-сети (зеленый блоки, не все соединения показаны). Каждый блок WTA показывает двунаправленную связь с блоком мотивационной сети. Эта архитектура обеспечивает основу reaCog, как объясняется в основном тексте (для дальнейшие объяснения см рисунок 2).

Как полагают некоторые авторы, сознание имеется только у человека. В отличие от них другие авторы разделяют мнение, что существуют степени сознания и что сознание действительно имеется, хотя и в меньшей степени, у нижестоящих животных (Деннет, 1991). Показаны, что даже довольно небольшие и упрощенные сети могут позволить интересные познавательные свойства, (Читтка & Нивен 2009;. Менцель и др, 2007) подтверждают эту точку зрения, так как она обеспечивает правдоподобное эволюционное объяснение для сознания (или ступеней сознания). Соглашаясь с этим основным предположением, мы хотим проанализировать, в какой степени наша простая сеть управления выполняет определенные аспекты сознания или эмоций, даже если сначала мы не намерены реализовать это в нашей системе. Градуированное появление таких понятий высокого уровня будет предлагать эволюционный отчет и может позволить нам решать вопросы о функции, например, сознания, и объяснить, как оно относится к контролю поведения.

7. Феноменальность

Перед тем как сконцентрироваться на конкретных явлениях, таких как эмоции и сознания, мы хотели бы обратится к более фундаментальному аспекту, которых, как представляется, актуален для явлений более высокого уровня, а именно для субъективного опыта.

Примером субъективного опыта является боль. Даже если будет возможным для нас тесно поучаствовать во всей нейронной активности испытуемого человека, которому стимулируют кожу иглой, наблюдаемые данные будут отличаться от опыта боли, которая ощущается только этим человеком. Никто, кроме этого человека не может чувствовать эту боль. Это форма переживания внутреннего представления, поэтому доступна только для нас через самонаблюдение. Интуитивно кажется, что другим системам, таким как неживые объекты или простые машины, не хватает этого внутреннего взгляда. Но во многих случаях, как, например, для животных, трудно определить, имеют ли они субъективный опыт или просто является рефлексивными машинами, которые не обладают внутренним взглядом.

Эта проблема также видна, когда мы рассматриваем человеческий мозг в контрастных состояниях, например, во время бодрствования и во сне. Во сне без сновидений или под наркозом могут быть активным те же нейронные системы как в состоянии бодрствования, при этом предполагается, что субъективный опыт не присутствует. И даже в обычном состоянии бодрствования, мы не в курсе всего содержания различных нейронных активностей, которые имеют место в нашем мозгу. Таким образом, только определенный тип активности нейронов, кажется, сопровождается субъективным опытом.

Существует только косвенные доказательства на условиях, необходимых для субъективного опыта. Самый ранний эксперимент, где кора головного мозга человека стимулируется электричеством, провели Libet др. (1964). Испытуемые сообщали о субъективном опыте только в случае стимулов дольше, чем 500. Закон Блоха (Bloch, 1885) формулирует эту связь в целом. Субъективно-опытная сила раздражителя зависит от численной длительности стимула и интенсивности стимула. Другими словами, стимул только тогда создает субъективный опыт, когда временно-интегральная интенсивность стимула превосходит заданный порог.

В более поздних экспериментах изучили одновременное включение различных процедур, которые конкурируют за то, чтобы стать субъективным опытным. Основной эксперимент был выполнен Fehrer & Raab (1962), а следующие подробные эксперименты были детализированы в поздних исследованиях (Неймана & Klotz 1994). Во-первых, участники учились нажимать на кнопку всякий раз, когда квадрат был показан на экране, кроме тех случаев, когда два квадрата были показаны в положении, когда первый квадрат сбоку.
После того, как период обучения закончился, в эксперименте один квадрат показывался только в течение короткого периода времени (около 30 мс), затем следовало более длительное представление двух квадратов. Участники не сообщали о том, что увидели один квадрат, но сообщали когда увидели два квадрата. Тем не менее, они нажимали кнопку. Этот результат показывает, во-первых, что первая процедура А («моторный стимул ответа одного квадрата»), могут быть выполнены без сопровождения субъективного опыта стимула (стимул А в случае, одного квадрата). Во-вторых, появляется процедура B («стимулы двух квадратов — нет ответной реакции»), чтобы повлиять на переживание первой процедуры, то есть, эта процедура тормозит субъективный опыт стимулирования стимулом А. Таким образом, стимул А не воспринимается субъективно («маскирующий» эффект), но тем не менее вызывает двигательную реакцию.

Ситуация может быть интерпретирована следующим образом (рисунок 8, слева). Со стороны входа каждая процедура показывает временную динамику, которая аналогична фильтру низких частот (см. сноску на стр. здесь), следующим за интегратором. Стимуляция одной процедуры тормозит представление другой процедуры в течение некоторого ограниченного времени (рис 8, Δt). Кроме того, оба интегратора соединены с помощью взаимного торможения (на рисунке 8, изображены на отдельные модули). В маскирующем эксперименте первый раздражитель (Stima) не тормозит вторую процедуру (B), так как последний еще не стимулировали с того момента, пока стимул Stima активен. В противоположность этому, когда дается второй стимул, stimB, образ процедуры А может быть подавлен. Представление входов данных модулями INTA и INTB активирует соответствующие блоки мотивации (MU) процедур, MUA и MUB, соответственно. Это может быть объяснено, если предположить, что существуют два различных пороговых значений. Во-первых, двигательная команда процедуры может быть выявлена, когда достигается небольшой порог (THR1, рисунок 8). Но, во-вторых, для того, чтобы иметь субъективный опыт, необходимо превысить порог (thr2, рисунок 8). Затем, согласно нашей парадигме, процедура А, которая была активирован первой, может выйти на уровень thr1, что достаточно, чтобы активировать двигательный выход, но не thr2. Только вторая процедура, В, имеет достаточно времени, чтобы достичь состояния субъективного опыта (thr2, рисунок 8, справа), что позволяет двойной квадрат (stimB), чтобы стать субъективно воспринимаемой (однако это происходит). Таким образом, этой модели достаточно, чтобы объяснить основные свойства, характеризующие эксперимент обратной маскировки. Как было показано Крузом и Шиллингом (2014), в структуре, изображенной на рисунке 8 также может иметь дело с парадигмой прямой маскировки, так называемый относящийся к вниманию эффект мерцания (Schneider 2013 годы). Далее, опишем еще один эксперимент, показывающий так называемую парадигму психологического рефрактерного периода (PRP) (например, Зильберберг др. 2011): блоки мотивации (MUA, MUB) процедуры А и процедуры B соединены таким образом, чтобы тормозить друг друга. Другими словами, модули мотивации этих процедур образуют сеть ВТА. Кроме того, каждая процедура тормозит свой собственный блок мотивации, после чего его действие завершается.

Из этих наблюдений можно заключить, что существуют специфические нейронные состояния, на разработку которых требуется время. В то время как основной функцией системы является вызов выходного сигнала (например, двигательные команды), это может произойти без сопровождения субъективными переживаниями. Только некоторые процедуры могут привести к такому феноменальному опыту и могут, кроме того, вызвать последующие функции в нервной системе. Например, эта процедура может быть в состоянии получить доступ к большему количеству нейронных источников и, возможно, позволит быстрее сохранять в памяти новую информацию (например, для однократного обучения). В дополнение к таким функциональным свойствам сеть может осознать психическое свойство, показывая субъективный опыт, то есть, входя в феноменальное состояние (состояние «я»).

Экспериментальные данные, упомянутые выше, поддерживают не-дуалистическое или монистическое представление, которое означает, что нет отдельных сущностей (или субстанций), таких как психическая и физическая область, в том смысле, что есть причинно-следственные влияния сущностей друг на друга, как постулирует субстанциальный дуализм. Скорее всего, такое впечатление возникает из-за наличие двух сущностей часто характеризующихся как разделенные пояснительным разрывом (Levine, 1983) — Результаты использования различных уровней описаний.

Было бы крайне интересно объяснить субъективный опыт необходимостью и достаточностью одних лишь нейронных сетей. Даже если в настоящее время существуют только ранние идеи или просто размышления, тем не менее, было много прогресса в течении последних нескольких лет (обзор Schier 2009; & Dehaene Changeux 2011). Продолжая эти исследовательские проекты, мы надеемся получить более детальное понимание. Использование комбинации нейрофизиологических и поведенческих исследований могут привести к лучшему пониманию физиологических свойств и функций этого состояния. Однако предполагается, что даже если бы мы знали физические данные в какой-то момент в будущем, мы все равно не понимаем, почему это состояние, которое характеризуется физическими свойствами, сопровождается субъективным опытом. Здесь мы предлагаем другой взгляд. Мы предполагаем, что эта проблема будет «решена», так что вопрос об объяснительном разрыве просто исчезнет, как это произошло в случае объяснения возникновения жизни. Что касается последнего, было интенсивное обсуждение между виталистами и механистами в начале прошлого века о том, как неживая материя может быть преобразована в живую материю. Виталисты утверждали, что требовалось специальная неведомая сила, так называемая жизненная сила. После многих десятилетий интенсивных исследований, мы находимся в положении, когда внутренняя модель доступна, она представляет собой наблюдение, что конкретный набор и расположение молекул наделен свойством жизни. Этот и подобные случаи могут быть обобщены следующим правилом: если у нас есть достаточно информации, например, что мы можем развивать внутреннюю модель исследуемого явления, и если он достаточно детализирован, чтобы позволить предсказания свойств системы, мы есть полагаем, что поняли систему. В случае жизни, мы действительно более не нуждаемся в понятии «жизненная сила», но учтите, жизнь — это эмерджентное свойство. Соответственно, мы полагаем, что если бы мы достаточно хорошо знали функциональные детали и условия, которые приводят к материи, имеющей субъективный опыт, чтобы появление субъективного опыта можно было предсказать, мы бы считали, что поняли проблему. Таким образом, мы предполагаем, что вопрос о пояснительном разрыве исчезнет в какой-то момент, как это было в примере возникновения жизни.

Принятие монистического взгляда позволяет нам сосредоточиться на функциональных аспектах при попытке сравнить системы, наделенные субъективностью, т.е. людьми, животными или искусственными системами. Согласно этой точке зрения, субъективность считается свойством, которое напрямую связано с конкретными функциями сети. Это означает, что психические явления, которые характеризуются феноменальных свойств, как, например, внимание, намерение, воля, эмоции и сознание могут быть рассмотрены путем концентрации на аспекте обработки информации (Нейсера 1967).

Чтобы избежать возможных недоразумений, мы хотим подчеркнуть, что мы не имели в виду, что субъективный аспект не имеет какой-либо функции в том смысле, что система будет работать таким же образом, если бы не было таких субъективных свойств. Так, в соответствии с нашей точки зрения, субъективность обязательно возникает с такой системой, версия такой системы, показывая точно такие же функции, но, не имея феноменальный аспект, не возможна. Изменение в субъективных свойствах системы должно сопровождаться изменением ее функциональных свойств. Функциональные и субъективные аспекты две стороны одной медали. Однако, если оставаться на функциональной стороне обсуждение дается гораздо проще.

Рисунок 7: Реактивная сеть расширяет слой, содержащий процедуры, которые представляют слова (семантическая сеть, верхняя строка). Мотивационный блок семантической (WU) является двухнаправленно связаным (пунктирные двуглавых стрелки) с соответствующим блоком мотивации реактивной системы, содержащей процедурные элементы Walknet (слева см рисунок 2) и NaviNet (справа, рисунок 4). Слово, хранящееся в семантической, обозначается как («…»). Не все из этих мотивационных блоков должны быть соединены с семантической сетью.

Подводя итог, содержание любого элемента памяти может субъективно восприниматься (или доступно для осознания), если (1) имеются нейронные структуры, которые позволяют динамику нейронной активности, необходимую для субъективного аспекта, и (2) сила и продолжительность активации элемента памяти достаточно велика, при условии, что элемент не тормозиться конкурирующими нейронами.

Вопрос о том, как любая система может иметь, возможно, субъективный опыт Чалмерс (1997) назвал «трудной проблемой». Приняв монистический взгляд, мы можем избежать этого вопроса и оставить его открытым, так как мы заинтересованы в понимании функциональных аспектов сознания (по этическим последствиям искусственной системы, имеющей субъективный опыт, реализованный в соответствующей нейронной активности см Метценже 2009 г., 2013 г.). Что касается, какие конкретно активности могут быть рассмотрены, было предположение, что субъективный опыт может произойти в рекуррентной нейронной сети, которая имеет свойства аттрактора. Следуя этой гипотезе, субъективное переживание произошло бы, если бы такая сеть приблизилась к своему состоянию аттрактора (Круз 2003). Это предположение означает, что любая система, показывающая аттрактор, может быть наделена феноменом субъективного опыта. Однако, она может не иметь все другие свойства, характеризующие сознание. С другой стороны, могут быть системы, в которых, в настоящее время, функциональные аспекты, приписываемые сознанию, выполнены, но там не присутствует субъективный опыт. Этот случай означает, что наш список, представляющий функции сознания, как указано в разделе 10 ниже, еще не завершен.

В следующих двух разделах мы кратко рассмотрим два явления: эмоции и сознание и обсудим, как они могут быть связаны с минимально-когнитивной системой в лице reaCog.