[논문 리뷰] The modularity of action and perception revisited using control theory and active inference

Manuel Baltieri, Christopher L. Buckley|arXiv (Cornell University)|2018. 07. 18.

Embodied and Extended Cognition참고 문헌 63인용 수 20

한 줄 요약

이 논문은 고전적 인식과 행동의 분리—포더의 모듈성과 '고전적 샌드위치' 모델의 核심 개념—이 제어 이론의 분리 원리에 의해 형식적으로 근거를 지닌다고 주장한다. 이 원리는 모듈성과 내재성 시스템을 가정한다. 그러나 저자들은 이 원리가 지나치게 제한적이고 생물학적으로 타당하지 않음을 보여주며, 대신 자유 에너지 최소화를 통해 인식과 행동을 통합하는 비모듈성, 4E 기반의 활동적 추론을 비판적으로 제안한다. 이는 별도의 추정 및 제어 모듈이 필요 없다는 점을 반영한다.

ABSTRACT

The assumption that action and perception can be investigated independently is entrenched in theories, models and experimental approaches across the brain and mind sciences. In cognitive science, this has been a central point of contention between computationalist and 4Es (enactive, embodied, extended and embedded) theories of cognition, with the former embracing the “classical sandwich”, modular, architecture of the mind and the latter actively denying this separation can be made. In this work we suggest that the modular independence of action and perception strongly resonates with the separation principle of control theory and furthermore that this principle provides formal criteria within which to evaluate the implications of the modularity of action and perception. We will also see that real-time feedback with the environment, often considered necessary for the definition of 4Es ideas, is not however a sufficient condition to avoid the “classical sandwich”. Finally, we argue that an emerging framework in the cognitive and brain sciences, active inference, extends ideas derived from control theory to the study of biological systems while disposing of the separation principle, describing non-modular models of behaviour strongly aligned with 4Es theories of cognition.

연구 동기 및 목표

• 고전적 인식과 행동의 분리가 제어 이론에 의해 형식적으로 지지되는지 검토하기.
• 인지 및 신경 시스템에서 분리 원리의 생물학적 타당성 평가하기.
• 활동적 추론이 고전적 아키텍처의 비모듈성, 4E 기반의 대안을 제공함을 주장하기.
• 피드백 루프가 반드시 모듈성을 제거하지 않는 조건을 규명하기.
• 생물학적 에이전트에서 모듈성과 비모듈성을 구별할 수 있는 검증 가능한 기준 제안하기.

제안 방법

• 제어 이론의 분리 원리를 적용하여 인지 시스템에서 인식(추정)과 행동(제어)의 독립성을 형식화하기.
• 분리가 최적임이 보장되는 엄격한 수학적 조건 분석: 선형 시스템, 가우시안 노이즈, 제곱비용, 알려진 입력 및 공분산.
• 이와 대조적으로 활동적 추론은 인식과 행동을 하나의 자유 에너지 최소화 과정으로 통합함으로써 분리 원리를 기각함.
• 자유 에너지 원리를 통합적 프레임워크로 사용하여, 운동 신호의 전방 복사 또는 모듈의 명시적 분리가 필요 없음을 강조함.
• 활동적 추론은 정보 내재성을 가정하지 않기 때문에 4E 인지 이론과 일치함을 강조함.
• 특히 상호 복사 및 시행 복사에 관해 향후 실험적 설정 제안함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 감각운동 피드백 존재가 고전적 샌드위치 아키텍처의 인식과 행동을 반드시 무효화하는가?
• RQ2 제어 이론의 분리 원리는 인지 모듈성에 대해 타당한 형식적 기초로 여겨질 수 있는가?
• RQ3 활동적 추론은 생물학적으로 타당하고 비모듈성인 고전적 아키텍처의 대안을 제공할 수 있는가?
• RQ4 인지 시스템에서 모듈성과 비모듈성을 구별하는 데 있어 형식적 및 경험적 기준은 무엇인가?
• RQ5 실행 복사 또는 상호 복사의 부재가 고전적 인식과 행동의 분리를 어떻게 도전하는가?

주요 결과

• 제어 이론의 분리 원리는 고전적 샌드위치 아키텍처를 형식적으로 지지하며, 모듈성 인식과 행동의 수학적 근거를 제공한다.
• 분리 원리는 선형 동역학, 가우시안 노이즈, 제곱비용 등 매우 제한적인 조건에서만 유효하므로 실제 뇌에 대해 생물학적으로 타당하지 않다.
• 폐쇄 루프 피드백이 있더라도 분리 원리가 유지된다면 모듈성이 유지될 수 있으며, 이는 피드백 자체가 비모듈성을 암시하지는 않음을 의미한다.
• 활동적 추론은 자유 에너지 최소화를 통해 인식과 행동을 통합함으로써 분리 원리를 기각하며, 4E 이론과 일치한다.
• 활동적 추론 모델에서 실행 복사 또는 상호 복사 부재는 고전적 모듈성 아키텍처를 뒤엎으며, 비모듈성, 몸에 담긴 인지 이론을 지지한다.
• 논문은 실험적으로 생물학적 에이전트에서 모듈성과 비모듈성을 구별할 수 있는 검증 가능한 기준—특히 실행 복사에 관해—을 제안한다.