[論文レビュー] Contextual Emergence of Mental States from Neurodynamics

Harald Atmanspacher, Peter beim Graben|ArXiv.org|Dec 19, 2005

Neural dynamics and brain function参考文献 58被引用数 104

ひとこと要約

本稿では、神経ダイナミクスから文脈的安定性基準（シンボリックダイナミクスによる定義）を用いて、神経位相空間の生成分割を用いて神経ダイナミクスと精神的状態表現の位相的同型性を保証することで、精神的状態が出現することを提案する。主な貢献は、生成（構造的安定）分割のみが、整合的で位相的に同型な認知モデルを生じることであり、心理的理論における不整合性を解消し、認知科学の統一的基盤を形式的に提供することにある。

ABSTRACT

The emergence of mental states from neural states by partitioning the neural phase space is analyzed in terms of symbolic dynamics. Well-defined mental states provide contexts inducing a criterion of structural stability for the neurodynamics that can be implemented by particular partitions. This leads to distinguished subshifts of finite type that are either cyclic or irreducible. Cyclic shifts correspond to asymptotically stable fixed points or limit tori whereas irreducible shifts are obtained from generating partitions of mixing hyperbolic systems. These stability criteria are applied to the discussion of neural correlates of consiousness, to the definition of macroscopic neural states, and to aspects of the symbol grounding problem. In particular, it is shown that compatible mental descriptions, topologically equivalent to the neurodynamical description, emerge if the partition of the neural phase space is generating. If this is not the case, mental descriptions are incompatible or complementary. Consequences of this result for an integration or unification of cognitive science or psychology, respectively, will be indicated.

研究の動機と目的

• 完全な還元主義を避けながら、精神的状態が神経ダイナミクスからどのように出現するかという基礎的問題に取り組むこと。
• 心理的記述と神経生物学的記述が整合的である条件を特定すること。
• 精神的状態表現の安定性基準を形式化することで、認知科学における長年の不整合性を解消すること。
• シンボリックダイナミクスを用いた数学的枠組みを提供し、精神的状態を神経ダイナミクスに根拠づけること。

提案手法

• 神経位相空間をシンボリック状態に分割することで、神経ダイナミクスをシンボリックダイナミクスでモデル化し、それらが精神的対応を表す。
• 神経的および精神的状態空間間の構造的安定性と位相的同型性を保証するため、生成分割（特にマルコフ分割）の概念を適用する。
• 有限型のシフトと遷移行列を用いて、不可約または巡回的サブシフトとしての精神的状態の時間的発展を記述する。
• KMS条件および漸近的挙動（例えば、固定点、極限トーラス、混合的双曲的系）を用いて安定性を定義し、出現する精神的状態を同定する。
• 生成分割と非生成分割を区別することで、認知モデルの整合性を評価する。
• 文脈的出現を形式化するため、必要条件ではあるが十分条件ではない神経的条件に、認知レベルの文脈を補完することで、出現する精神的特徴を定義する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 完全な物理的還元を避けながら、精神的状態を神経ダイナミクスから形式的に導出する方法は何か？
• RQ2 認知モデルが神経生物学的根拠と整合的であることを保証する条件は何か？
• RQ3 精神的状態のシンボリック表現が、下位の神経ダイナミクスと位相的に同型となる条件は何か？
• RQ4 なぜ一部の心理的モデルは不整合のままであるのか、そしてこれを数学的にどのように解消できるか？
• RQ5 生成分割は、神経ダイナミクスと精神的状態記述の間で位相的同型性を達成するために果たす役割は何か？

主な発見

• 精神的状態は、神経的対応が構造的安定性基準（特に生成分割を介して）を満たす場合、文脈的に出現する。
• 神経的状態空間と精神的状態空間の間で、位相的に同型な表現が得られるのは、生成分割のときのみであり、これにより認知モデルの整合性が保証される。
• 非生成分割は、不整合的または補完的モデルを生じさせ、心理学における継続的な理論的不整合の原因となっている可能性がある。
• シンボリックダイナミクスにおける巡回的シフトは、漸近的に安定した固定点または極限トーラスに対応し、安定した精神的状態を示している。
• 生成分割から得られる不可約な有限型シフトは、混合的双曲的系の生成分割に由来し、複雑でエルゴディックな精神的ダイナミクスを支持する。
• KMS条件は、神経ダイナミクスから出現する精神的特徴を厳密に導出可能にする形式的基準を提供する。