[논문 리뷰] The Dynamically Extended Mind -- A Minimal Modeling Case Study

Tom Froese, Carlos Gershenson외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 05. 08.

Embodied and Extended Cognition참고 문헌 62인용 수 24

한 줄 요약

이 논문은 연속성-구성 오류 비판을 도전하며, 진화적 로보틱스를 사용하여 음향적으로 결합된 두 개의 에이전트를 모델링한다. 이는 고립된 에이전트가 가질 수 없는, 신경 동역학에서의 형식적 불변성과 같은 비선형 상호작용을 통해 기대되는 동적 성질이 결합된 시스템에서 나타나며, 환경과의 결합이 비선형 동역학 시스템 내에서 인지 기능을 구성할 수 있음을 입증한다.

ABSTRACT

The extended mind hypothesis has stimulated much interest in cognitive science. However, its core claim, i.e. that the process of cognition can extend beyond the brain via the body and into the environment, has been heavily criticized. A prominent critique of this claim holds that when some part of the world is coupled to a cognitive system this does not necessarily entail that the part is also constitutive of that cognitive system. This critique is known as the "coupling-constitution fallacy". In this paper we respond to this reductionist challenge by using an evolutionary robotics approach to create a minimal model of two acoustically coupled agents. We demonstrate how the interaction process as a whole has properties that cannot be reduced to the contributions of the isolated agents. We also show that the neural dynamics of the coupled agents has formal properties that are inherently impossible for those neural networks in isolation. By keeping the complexity of the model to an absolute minimum, we are able to illustrate how the coupling-constitution fallacy is in fact based on an inadequate understanding of the constitutive role of nonlinear interactions in dynamical systems theory.

연구 동기 및 목표

• 환경과의 결합이 인지에 구성적 포함을 의미하지 않는다고 주장하는 '결합-구성 오류 비판'을 다루기 위해.
• 결합된 비선형 동역학 시스템 내에서 고립된 구성 요소에 존재하지 않는 인지 성질이 생성될 수 있는지 조사하기 위해.
• 에이전트-환경 간의 결합을 최소한의 형식적 모델링을 통해 확장된 마음 가설을 뒷받침하기 위해.
• 고립된 상태일 때는 불가능한, 결합된 에이전트의 신경 동역학이 형식적 성질을 지닌다는 것을 보여주기 위해.

제안 방법

• 두 에이전트가 간단한 음향 신호를 통해 음향적으로 결합할 수 있도록 하는 신경 제어기를 진화시키기 위해 진화적 로보틱스 접근법을 사용하였다.
• 비선형 상호작용이 음향 신호를 통해 매개되는 최소한의 동역학 시스템으로 에이전트를 모델링하였다.
• 결합된 에이전트의 신경 동역학에 특화된 잠재적 동역학적 성질을 분석하였다.
• 결합된 시스템과 고립된 에이전트의 동역학적 불변성을 비교하기 위해 형식적 분석을 적용하였으며, 특히 구조적 및 기능적 불가분성에 초점을 맞추었다.
• 결합이 구성적 인지 동역학을 생성하는 데서의 역할을 분리하기 위해 최소한의 복잡성으로 모델을 유지하였다.
• 결합된 시스템이 개별 에이전트에 없던 성질을 보이는지 테스트하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 두 에이전트로 구성된 결합 시스템이, 각 에이전트가 고립 상태일 때는 존재하지 않는 인지 동역학을 나타낼 수 있는가?
• RQ2 에이전트가 환경과 결합함으로써 인지 과정에 구성적 변화가 온다는 것이, 확장된 마음 가설이 요구하는 바인가?
• RQ3 결합된 시스템의 동역학적 성질은 고립된 부분들의 합으로부터 완전히 환원 불가능한가?
• RQ4 최소한의 동역학 시스템 내에서 비선형 상호작용이, 결합이 인지 시스템에서 구성적임을 보여줄 수 있는가?
• RQ5 '결합-구성 오류'는 동역학 시스템 이론의 오해에 기반한 것인가?

주요 결과

• 결합된 시스템은 각 에이전트가 고립 상태일 때는 실현될 수 없는, 형식적 불변성을 지닌 신경 동역학을 보였으며, 이는 환경의 구성적 역할을 시사한다.
• 상호작용 과정 전체가 개별 에이전트의 기여로부터 환원 불가능한 잠재적 성질을 나타내었다.
• 동역학 시스템 분석을 통해 결합된 시스템의 행동이 고립된 에이전트와는 구조적으로 다름을 확인하였으며, 이는 인지의 확장 개념을 지지한다.
• 최소 모델을 통해 환경과의 결합이 고립 상태에서는 불가능한 새로운 동역학적 영역을 생성할 수 있음을 입증하였으며, 이는 결합-구성 오류를 반박한다.
• 결합된 시스템 내에서 비선형 상호작용이 인지 현상의 일부를 단순히 외부적 요소로 보다는 구성적 요소로 만든다는 결과를 보였다.