Воплощенная когнитивная наука - Embodied cognitive science

Для подходов к наука о мышлении которые подчеркивают воплощенный ум, см. Воплощенное познание.

Воплощенная когнитивная наука - это междисциплинарная область исследований, цель которой - объяснить механизмы, лежащие в основе интеллектуального поведения. Он состоит из трех основных методологий: целостного моделирования психологических и биологических систем, при котором разум и тело рассматриваются как единое целое; формирование общего набора общих принципов разумного поведения; и экспериментальное использование роботизированных агентов в контролируемой среде.

Авторы

Когнитивная наука во многом заимствует воплощенная философия и смежные области исследований наука о мышлении, психология, нейробиология и искусственный интеллект. Авторы этой области включают:[нужна цитата ]

В 1950 г. Алан Тьюринг предположил, что машине может потребоваться человеческое тело, чтобы думать и говорить:

Также можно утверждать, что лучше всего снабдить машину лучшими органами чувств, которые можно купить за деньги, а затем научить ее понимать и говорить по-английски. Этот процесс может следовать за обычным обучением ребенка. На вещи будут указывать и называть и т. Д. Опять же, я не знаю, каков правильный ответ, но я думаю, что следует попробовать оба подхода.[1]

Традиционная когнитивная теория

Воплощенная когнитивная наука - это теория, альтернативная познанию, в которой она сводит к минимуму обращения к вычислительная теория разума в пользу большего внимания к тому, как организм определяет, как и о чем он думает. Традиционная когнитивная теория основана в основном на манипулировании символами, при котором определенные входные данные подаются в блок обработки, который производит выходные данные. Эти входные данные следуют определенным правилам синтаксиса, из которых блок обработки находит семантическое значение. Таким образом, получается соответствующий результат. Например, органы чувств человека являются его устройствами ввода, а стимулы, полученные из внешней среды, передаются в нервную систему, которая служит блоком обработки. Отсюда нервная система может считывать сенсорную информацию, потому что она следует синтаксической структуре, таким образом создается вывод. Затем этот результат создает движения тела и порождает поведение и познание. Особо следует отметить, что познание запечатано в мозгу, а это означает, что умственное познание отрезано от внешнего мира и возможно только путем ввода сенсорной информации.

Воплощенный когнитивный подход

Воплощенная когнитивная наука отличается от традиционалистского подхода тем, что отрицает систему ввода-вывода. В основном это связано с проблемами, связанными с Аргумент гомункула, который пришел к выводу, что семантическое значение не может быть получено из символов без какой-либо внутренней интерпретации. Если какой-нибудь человечек в голове интерпретировал поступающие символы, то кто бы интерпретировал вводимые им символы? Из-за призрака бесконечного регресса традиционалистская модель стала казаться менее правдоподобной. Таким образом, воплощенная когнитивная наука стремится избежать этой проблемы, определяя познание тремя способами.[2]:340

Физические атрибуты тела

Первый аспект воплощенного познания исследует роль физического тела, в частности, как его свойства влияют на его способность мыслить. Эта часть пытается преодолеть компонент манипулирования символами, который является особенностью традиционалистской модели. Восприятие глубины, например, может быть лучше объяснено в рамках воплощенного подхода из-за абсолютной сложности действия. Восприятие глубины требует, чтобы мозг обнаруживал несопоставимые изображения сетчатки, полученные за счет расстояния между двумя глазами. Кроме того, это еще больше усложняют сигналы тела и головы. Когда голова повернута в заданном направлении, объекты на переднем плане будут двигаться напротив объектов на заднем плане. Исходя из этого, говорится, что некоторая визуальная обработка происходит без необходимости каких-либо манипуляций с символами. Это потому, что объекты, которые кажутся движущимися на переднем плане, просто кажутся движущимися. Это наблюдение делает вывод, что глубина может быть воспринята без необходимости манипулирования промежуточными символами.

Более яркий пример существует при изучении слухового восприятия. Вообще говоря, чем больше расстояние между ушами, тем выше возможная острота слуха. Также важна величина плотности между ушами, поскольку сила частотной волны изменяется по мере прохождения через данную среду. Слуховая система мозга принимает во внимание эти факторы при обработке информации, но опять же без какой-либо необходимости в системе символических манипуляций. Это потому, что расстояние между ушами, например, не требует символов для его представления. Само расстояние создает необходимую возможность для большей остроты слуха. Степень плотности между ушами аналогична, поскольку это фактическая величина, которая просто создает возможность для изменения частоты. Таким образом, принимая во внимание физические свойства тела, символическая система не нужна и является бесполезной метафорой.

Роль тела в познавательном процессе

Второй аспект во многом основан на Джордж Лакофф 'песок Марк Джонсон Работаем над концепциями. Они утверждали, что люди по возможности используют метафоры, чтобы лучше объяснить свой внешний мир. У людей также есть базовый набор концепций, из которых можно вывести другие концепции. Эти базовые концепции включают пространственную ориентацию, например, вверх, вниз, вперед и назад. Люди могут понять, что означают эти концепции, потому что они могут непосредственно испытать их на собственном теле. Например, поскольку человеческое движение вращается вокруг вертикального стояния и движения тела вверх-вниз, у людей от природы есть эти концепции движения вверх и вниз. Лакофф и Джонсон утверждают, что это похоже на другие пространственные ориентации, такие как передняя и задняя. Как упоминалось ранее, эти базовые запасы пространственных концепций являются основой, на которой строятся другие концепции. Например, счастье и грусть сейчас воспринимаются как положительные или отрицательные соответственно. Когда кто-то говорит, что ему плохо, на самом деле он говорит, например, о грусти. Таким образом, суть здесь в том, что истинное понимание этих концепций зависит от того, можно ли иметь представление о человеческом теле. Итак, аргумент гласит, что если человеку не хватает человеческого тела, он не может знать, что может означать «вверх» или «вниз», или как это может относиться к эмоциональным состояниям.

[Я] представляю себе сферическое существо, живущее вне любого гравитационного поля, без знания или воображения о каком-либо другом опыте. Что может означать UP для такого существа?[2]:342

Хотя это не означает, что такие существа неспособны выражать эмоции другими словами, это означает, что они будут выражать эмоции иначе, чем люди. Человеческие представления о счастье и печали будут другими, потому что у людей разные тела. Таким образом, тело организма напрямую влияет на то, как он может мыслить, потому что он использует метафоры, связанные с его телом, в качестве основы концепций.

Взаимодействие с местной средой

Третий компонент воплощенного подхода смотрит на то, как агенты используют свое непосредственное окружение в когнитивной обработке. Это означает, что местная среда рассматривается как фактическое продолжение когнитивного процесса тела. Пример персональный цифровой помощник (КПК) используется, чтобы лучше представить себе это. Эхом функционализм (философия разума), этот пункт утверждает, что ментальные состояния индивидуализируются их ролью в гораздо более крупной системе. Таким образом, в соответствии с этой предпосылкой информация на КПК аналогична информации, хранящейся в мозгу. Итак, если кто-то думает, что информация в мозгу представляет собой психические состояния, то из этого следует, что информация в КПК также является когнитивным состоянием. Также рассмотрим роль ручки и бумаги в сложной задаче умножения. Ручка и бумага настолько вовлечены в когнитивный процесс решения проблемы, что кажется смешным говорить, что они чем-то отличаются от процесса, во многом так же, как КПК используется для передачи информации, например, мозг. Другой пример исследует, как люди контролируют и манипулируют своей средой, чтобы лучше выполнять когнитивные задачи. Например, оставить ключи от машины в знакомом месте, чтобы их не пропустили, или использовать ориентиры для навигации в незнакомом городе. Таким образом, люди включают в себя аспекты окружающей среды, чтобы способствовать их когнитивному функционированию.

Примеры ценности воплощенного подхода

Ценность подхода воплощения в контексте когнитивной науки, пожалуй, самая лучшая.[нужна цитата ] объяснил Энди Кларк.[3]:345–351 Он заявляет, что мозг сам по себе не должен быть единственным центром научного изучения познания.

Становится все более очевидным, что в самых разных случаях отдельный мозг не должен быть единственным очагом когнитивного научного интереса. Познание - это не тот феномен, который можно успешно изучать, отодвигая на задний план роли тела, мира и действия.[3]:350

Следующие примеры, используемые Кларком, лучше иллюстрируют, как воплощенное мышление становится очевидным.[нужна цитата ] в научном мышлении.

Тунец

Thunnus, или тунец, долгое время сбивал с толку обычных биологов своей невероятной способностью быстро ускоряться и достигать больших скоростей. Биологическое исследование тунца показывает, что он не способен на такие подвиги. Однако ответ можно найти, если принять во внимание воплощенное состояние тунца. В тунец может использовать преимущества своей окружающей среды, обнаруживая естественные токи для увеличения своей скорости. Для этого тунец также использует собственное физическое тело, используя хвостовой плавник для создания необходимых вихрей и давления, чтобы он мог ускоряться и поддерживать высокие скорости. Таким образом, голубой тунец активно использует окружающую среду для своих целей через атрибуты своего физического тела.

Роботы

Кларк использует пример прыжка робот построенный Райбертом и Ходжинсом, чтобы дополнительно продемонстрировать ценность парадигмы воплощения. Эти роботы представляли собой вертикальные цилиндры с одной прыгающей ногой. Задача управления поведением робота может быть сложной, потому что помимо сложности самой программы, были также механические вопросы, касающиеся того, как следует сконструировать ступню, чтобы она могла прыгать. Реализованный подход упрощает понимание того, что для того, чтобы этот робот функционировал, он должен иметь возможность использовать свою систему в полной мере. Таким образом, системы робота следует рассматривать как обладающие динамическими характеристиками, в отличие от традиционного представления о том, что это просто командный центр, который просто выполняет действия.

Зрение

Кларк различает два вида зрение, живое и чистое видение. Чистое видение - это идея, которая обычно ассоциируется с классическими искусственный интеллект, в котором видение используется для создания богатой модели мира, чтобы можно было использовать мысль и разум для полного исследования внутренней модели. Другими словами, чистое видение пассивно создает внешний воспринимаемый мир, так что способности разума можно лучше использовать интроспективно. Живое зрение, напротив, рассматривает зрение как средство, с помощью которого может начаться действие в реальном времени. Тогда живое зрение - это скорее средство, с помощью которого получается визуальная информация для выполнения действий. Кларк указывает на оживление видения как на пример воплощения, потому что оно использует как биологические, так и локальные сигналы окружающей среды для создания активного интеллектуального процесса. Рассмотрим пример Кларка, который пошел в аптеку, чтобы купить пленку Kodak. Мысленно знакомы с логотипом Kodak и его товарным знаком золотого цвета. Таким образом, человек использует поступающие визуальные стимулы, чтобы перемещаться по аптеке, пока не найдет фильм. Следовательно, зрение следует рассматривать не как пассивную систему, а скорее как активное устройство поиска, которое разумно использует сенсорную информацию и локальные сигналы окружающей среды для выполнения определенных действий в реальном мире.

Доступность

Вдохновленный работами американского психолога Джеймс Дж. Гибсон В следующем примере подчеркивается важность сенсорной информации, связанной с действием, телесных движений и локальных сигналов окружающей среды. Эти три концепции объединены концепцией аффордансов, которые представляют собой возможности действия, предоставляемые физическим миром данному агенту. Они, в свою очередь, определяются физическим телом агента, его способностями, а также общими связанными с действиями свойствами локальной среды. Кларк использует пример аутфилдера в бейсболе, чтобы лучше проиллюстрировать концепцию аффорданса. Традиционные вычислительные модели утверждают, что аутфилдер, пытающийся поймать флайбол, может быть вычислен с помощью таких переменных, как скорость бега аутфилдера и дуга бейсбольного мяча. Однако работа Гибсона показывает, что возможен более простой метод. Аутфилдер может поймать мяч до тех пор, пока он регулирует свою скорость бега так, чтобы мяч постоянно двигался по прямой в их поле зрения. Обратите внимание, что эта стратегия использует различные возможности, которые зависят от успеха аутфилдера, в том числе их физическое строение тела, среду на бейсбольном поле и сенсорную информацию, полученную аутфилдером.

Кларк указывает здесь, что последняя стратегия ловли мяча, в отличие от первой, имеет значительные последствия для восприятия. Подход аффорданса оказывается нелинейным, потому что он основан на спонтанных корректировках в реальном времени. Напротив, первый метод вычисления дуги мяча является линейным, поскольку он следует последовательности восприятия, вычисления и выполнения действия. Таким образом, подход аффорданса бросает вызов традиционному взгляду на восприятие, выступая против идеи о необходимости вычислений и интроспекции. Вместо этого его следует заменить идеей о том, что восприятие представляет собой непрерывное равновесие регулирования действия между агентом и миром. В конечном счете, Кларк прямо не утверждает, что это несомненно, но он отмечает, что подход аффорданса может удовлетворительно объяснить адаптивный ответ.[3]:346 Это связано с тем, что они используют сигналы окружающей среды, ставшие возможными благодаря перцепционной информации, которая активно используется агентом в реальном времени.

Общие принципы разумного поведения

При формировании общих принципов разумного поведения Пфайфер намеревался противоречить старым принципам, заложенным в традиционном искусственном интеллекте. Самая разительная разница в том, что эти принципы применимы только к роботизированным агентам, находящимся в реальном мире, области, где традиционный искусственный интеллект показал наименьшие перспективы.

Принцип дешевой конструкции и избыточности: Пфайфер понял, что неявные предположения, сделанные инженерами, часто существенно влияют на сложность архитектуры управления.[4]:436 Это понимание отражено в обсуждениях проблемы масштабируемости в робототехнике. Внутренняя обработка, необходимая для некоторых плохих архитектур, может расти непропорционально новым задачам, необходимым агенту.

Одна из основных причин проблем с масштабируемостью заключается в том, что объем программирования и инженерии знаний, который приходится выполнять разработчикам роботов, очень быстро растет вместе со сложностью задач роботов. Появляется все больше свидетельств того, что предварительное программирование не может быть решением проблемы масштабируемости ... Проблема в том, что программисты вводят слишком много скрытых предположений в код робота.[5]

Предлагаемые решения заключаются в том, чтобы агент использовал физику, присущую его окружающей среде, чтобы использовать ограничения своей ниши, и иметь морфологию агента, основанную на экономичности и принципе избыточности. Избыточность отражает стремление к исправлению ошибок сигналов за счет дублирования одинаковых каналов. Кроме того, это отражает желание использовать ассоциации между сенсорными модальностями. (Видеть избыточные методы ). С точки зрения дизайна это означает, что следует вводить избыточность не только в отношении одной сенсорной модальности, но и в отношении нескольких.[4]:448 Было высказано предположение, что слияние и передача знания между модальностями может быть основой уменьшения размера чувственных данных, взятых из реального мира.[6] Это снова решает проблему масштабируемости.

Принцип параллельных, слабосвязанных процессов: Альтернатива иерархическим методам познания и выбор действия. Этот принцип проектирования наиболее существенно отличается от цикла «осмысление-мышление-действие» традиционного ИИ. Поскольку он не связан с этим известным циклом, на него не влияет проблема с рамой.

Принцип сенсомоторной координации: В идеале внутренние механизмы в агенте должны вызывать такие вещи, как память и принятие решений, возникающим образом, а не предписывающим образом запрограммированным с самого начала. Такого рода вещи могут возникать, когда агент взаимодействует с окружающей средой. Девиз: создавайте меньше предположений в контроллере агента сейчас, чтобы обучение могло быть более надежным и уникальным в будущем.

Принцип экологического баланса: Это больше теория, чем принцип, но его выводы широко распространены. Он утверждает, что внутренняя обработка агента не может быть усложнена, если не будет соответствующего увеличения сложности двигателей, конечностей и датчиков агента. Другими словами, дополнительная сложность, добавленная к мозгу простого робота, не вызовет каких-либо заметных изменений в его поведении. Морфология робота уже должна содержать сложность сама по себе, чтобы дать достаточно «передышки» для развития внутренней обработки.

Принцип ценности: Это была архитектура, разработанная в роботе Дарвина III из Джеральд Эдельман. Он сильно зависит от коннекционизм.

Критические отзывы

Традиционалистский ответ на требование местной окружающей среды

Традиционалист может утверждать, что объекты могут использоваться для помощи в когнитивных процессах, но это не означает, что они являются частью когнитивной системы.[2]:343 Очки используются для помощи в визуальном процессе, но сказать, что они являются частью более крупной системы, полностью переопределить то, что подразумевается под визуальной системой. Однако сторонники воплощенного подхода могут утверждать, что если объекты окружающей среды играют функциональную роль ментальных состояний, то сами предметы не следует причислять к ментальным состояниям.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Тьюринг, Алан (Октябрь 1950 г.), «Вычислительная техника и интеллект», Разум, LIX (236): 433–460, Дои:10.1093 / разум / LIX.236.433, ISSN  0026-4423
  2. ^ а б c Шапиро, Ларри (март 2007 г.). «Программа воплощенного познания» (PDF). Философия Компас. 2 (2). Дои:10.1111 / j.1747-9991.2007.00064.x.
  3. ^ а б c Кларк, Энди (сентябрь 1999 г.). "Воплощенная когнитивная наука?" (PDF). Тенденции в когнитивных науках. 3 (9): 345–351. Дои:10.1016 / с 1364-6613 (99) 01361-3. PMID  10461197. Архивировано из оригинал (PDF) 26 марта 2012 г.. Получено 27 июн 2011.
  4. ^ а б Пфейфер Р., Шайер К., Понимание интеллекта (MIT Press, 2001) ISBN  0-262-66125-X
  5. ^ Стойчев, А. (2006). Пять основных принципов развивающей робототехники Семинар NIPS 2006 по обоснованию восприятия, знаний и познания в сенсорно-моторном опыте. Департамент компьютерных наук, Университет штата Айова
  6. ^ Konijn, Пол (2007). Летний семинар по мультисенсорным модальностям в когнитивной науке Обнаружение и идентификация редких аудиовизуальных сигналов. Проект DIRAC EU IP IST, Швейцария.

дальнейшее чтение

  • Брайтенберг, Валентино (1986). Транспортные средства: эксперименты в синтетической психологии. Кембридж, Массачусетс: MIT Press. ISBN  0-262-52112-1
  • Брукс, Родни А. (1999). Кембрийский интеллект: ранняя история нового ИИ. Кембридж, Массачусетс: MIT Press. ISBN  0-262-52263-2
  • Эдельман, Г. Шире неба (Издательство Йельского университета, 2004 г.) ISBN  0-300-10229-1
  • Фаулер, К., Рубин, П. Э., Ремез, Р. Э., и Терви, М. Т. (1980). Последствия для речевого производства общей теории действия. В Б. Баттерворте (ред.), Языковая продукция, Vol. I: речь и разговор (стр. 373–420). Нью-Йорк: Academic Press. ISBN  0-12-147501-8
  • Леннеберг, Эрик Х. (1967). Биологические основы языка. Джон Вили и сыновья. ISBN  0-471-52626-6
  • Пфейфер Р. и Бонгард Дж. К., Как тело формирует наш образ мышления: новый взгляд на интеллект (MIT Press, 2007). ISBN  0-262-16239-3

внешняя ссылка