[논문 리뷰] The role of self-touch experience in the formation of the self

Matej Hoffmann|arXiv (Cornell University)|2017. 12. 21.

Plant and Biological Electrophysiology Studies참고 문헌 32인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 태아기 및 초기 유아기의 자가촉각 경험을 통해 신체-공간 표현을 학습하기 위한 재복제 가능한 운동감각 및 촉각 피드백을 이용한 기본 메커니즘으로서의 자가촉각이 신체-운동 자기(self) 형성의 기초가 된다고 제안한다. 현상학, 발달심리학, 신경과학을 통합하여 자가촉각이 다감각적 신체 표현의 기초가 되는 고유한 조건적 자극을 제공하며, 이는 컴퓨터 및 로봇 모델을 통해 이러한 학습이 단지 감각운동 데이터로부터 가능하다는 것을 검증한다.

ABSTRACT

The human self has many facets: there is the physical body and then there are different concepts or representations supported by processes in the brain such as the ecological, social, temporal, conceptual, and experiential self. The mechanisms of operation and formation of the self are, however, largely unknown. The basis is constituted by the ecological or sensorimotor self that deals with the configuration of the body in space and its action possibilities. This self is prereflective, prelinguistic, and initially perhaps even largely independent of visual inputs. Instead, somatosensory (tactile and proprioceptive) information both before and after birth may play a key part. In this paper, we propose that self-touch experience may be a fundamental mechanisms to bootstrap the formation of the sensorimotor self and perhaps even beyond. We will investigate this from the perspectives of phenomenology, developmental psychology, and neuroscience. In light of the evidence from fetus and infant development, we will speculate about the possible mechanisms that may drive the formation of first body representations drawing on self-touch experience.

연구 동기 및 목표

• 언어나 시각적 지배가 이르기 이전의 초기 발달 단계에서 자가촉각이 감각운동 자기 형성에 미치는 역할을 조사하는 것.
• 자기 표현 이론의 '혼란스러운 상황'을 해결하기 위해 자가촉각을 신체 체계 형성의 기초가 되는 사전 반사적 메커니즘으로 식별하는 것.
• 촉각에 대한 현상학적 통찰을 발달적 경험 데이터와 감각운동 학습의 계산 모델과 연결하는 것.
• 자기촉각 구성이 사전 지식 없이도 신체-공간 표현을 학습하는 데 가능한 고유하고 조건적인 자극을 제공한다는 가설을 검증하는 것.
• 신체-기반 뇌와 로봇 모델을 사용하여 자기촉각 데이터로부터 3차원 신체 표현을 학습할 수 있는지 타당성을 검증하는 것.

제안 방법

• 후설, 머르로-폰티, 라프클라프트의 자가촉각에 대한 현상학적 분석을 바탕으로 신체 자기 형성의 기본적이고 이원적이지 않은 감각으로 촉각을 프레임화하는 것.
• 태아 및 유아 연구의 발달 데이터를 통합하여 자발적인 자가촉각 행동(예: 손-입, 머리에서 꼬리 쪽으로의 진행)과 예측 가능한 운동을 보여주는 것.
• 포앵카르와 현대의 능동적 추론 이론 모델을 적용하여 감각운동 경험만으로도 신체와 환경의 공간적 구조를 유추할 수 있음을 보여주는 것.
• iCub 로봇에서 자기조직화 맵을 사용하여 하향식, 자기지도 학습 방식으로 촉각 및 운동감각 표현을 학습하는 것.
• 로봇에 공 ing된 자가촉각 모듈을 구현하여 촉각 및 운동감각 신호의 통합이 신체 모델 형성에 어떻게 기여하는지 테스트하는 것.
• 신체-기반 뇌 시뮬레이션에 계산 모델을 기반으로 하여 자가촉각이 사전 지식 없이도 다감각적 신체 표현을 부트스트랩할 수 있는지 검증하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자기촉각 경험은 초기 발달 단계에서 감각운동 자기 형성에 어떻게 기여하는가?
• RQ2 다른 감각 자극에 비해 자가촉각은 왜 신체 표현 부트스트랩에 유일하게 적합한 자극인가?
• RQ3 시각적 또는 언어적 입력 없이도 운동감각 및 촉각 피드백만으로도 공간적 신체 모델을 학습할 수 있는가?
• RQ4 다감각적 신체 표현(예: 촉각, 운동감각, 시각)이 공명하기 시작하는 발달 단계는 언제이며, 무엇이 이 통합을 촉진하는가?
• RQ5 컴퓨터 및 로봇 모델이 유아에서 관찰되는 신체 표현 형성의 발달 궤적을 어느 정도 재현할 수 있는가?

주요 결과

• 19주 임신부터 시작되는 태아의 자가촉각, 특히 손-입 운동은 조기 의도성과 예측 가능한 제어를 나타내며, 이는 원시적인 신체 모델 존재를 암시한다.
• 유아는 출생 후 6개월까지 머리에서 꼬리 쪽으로의 진행 방향으로 자가촉각 행동을 보이며 빈도와 복잡성이 증가하며 발달 마일스톤과 상관된다.
• 출생 후 2~3개월 사이에 다감각적 신체 표현 통합의 중요한 전환점이 나타나며, 이는 대뇌 피질 성숙도와 증가한 경각성과 일치한다.
• 신경학적 증거는 공간적 신체 표현을 담당하는 후두엽 연합 영역이 출생 후 발달되며, 이는 다감각 통합의 중심지로 여겨진다.
• 계산 모델은 운동감각 및 촉각 신호만으로도 자기촉각 데이터로부터 3차원 공간적 신체 모델을 추론할 수 있음을 보여주며, 이러한 학습의 이론적 타당성을 뒷받침한다.
• 신체 기반 로봇 모델, 예를 들어 iCub는 자기조직화 맵를 통해 촉각 및 운동감각 표현을 성공적으로 학습하며, 자가촉각이 보정 및 공간 맵핑의 핵심 메커니즘으로 작용한다.