[論文レビュー] The modularity of action and perception revisited using control theory and active inference

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

Embodied and Extended Cognition参考文献 63被引用数 20

ひとこと要約

本論文は、フォーダーのモジュラリティと「クラシカルなサンドイッチ」モデルの中心的である認知と行動の古典的分離が、制御理論における分離原理—モジュラーで封入されたシステムを仮定する—形式的に根拠を持っていると主張する。しかし、著者らはこの原理があまりに制限的であり、生物学的に現実的でないと示し、代わりに自由エネルギー最小化を通じて認知と行動を統合する非モジュラーかつ4E準拠のフレームワークとしてアクティブインファレンスを提唱する。これにより、別個の推定モジュールと制御モジュールの必要性を否定する。

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.

研究の動機と目的

• 認知と行動の古典的分離が制御理論によって形式的に支持されているかどうかを検討すること。
• 認知的・神経的システムにおける分離原理の生物学的妥当性を評価すること。
• アクティブインファレンスが古典的アーキテクチャの代替として非モジュラーかつ4E準拠のフレームワークを提供することを主張すること。
• フィードバックループがモジュラリティを必ずしも排除しない条件を特定すること。
• 生物学的エージェントにおけるモジュラーと非モジュラーシステムを区別するための検証可能な基準を提示すること。

提案手法

• 制御理論の分離原理を適用し、認知システムにおける認知（推定）と行動（制御）の独立性を形式化すること。
• 分離が最適となる厳密な数学的条件—線形系、ガウスノイズ、二次コスト、既知の入力と共分散—を分析すること。
• この条件と対照的に、アクティブインファレンスが分離原理を拒否し、認知と行動を単一の自由エネルギー最小化プロセスに統合すること。
• 自由エネルギー原理を、感覚的フィードバックのコピーも明示的なモジュール分離も不要な統合的枠組みとして用いること。
• アクティブインファレンスが情報の封入を仮定しないことにより、4E認知理論と整合することを強調すること。
• 特にcorollary discharge（後方伝達）とefference copy（運動出力の自己コピー）に関連する、モジュラリティを検証するための将来の実験的設定を提案すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 感覚運動フィードバックの存在が、認知と行動の古典的サンドイッチ型アーキテクチャを必然的に無効にするのか？
• RQ2 制御理論における分離原理が認知的モジュラリティの有効な形式的基盤であると見なせる程度はどの程度か？
• RQ3 アクティブインファレンスは、認知と行動における生物学的に妥当な非モジュラー代替を提供できるか？
• RQ4 認知システムにおけるモジュラーと非モジュラーシステムを区別する形式的および実証的基準は何か？
• RQ5 efference copy や corollary discharge の欠如が、認知と行動の古典的分離をどのように挑戦するか？

主な発見

• 制御理論における分離原理は、古典的サンドイッチ型アーキテクチャを形式的に支持し、モジュラーな認知と行動の数学的根拠を提供する。
• 分離原理は、線形ダイナミクス、ガウスノイズ、二次コストという極めて制限的な条件下でのみ有効であり、実際の脳にとっては生物学的に現実的でない。
• 閉ループフィードバックが存在しても、分離原理が成立する限り、モジュラリティは維持され得る。つまり、フィードバックそのものが非モジュラリティを意味するわけではない。
• アクティブインファレンスは、自由エネルギー最小化の下で認知と行動を統合することで分離原理を拒否し、4E理論と整合する。
• アクティブインファレンスモデルにおけるefference copy や corollary discharge の欠如は、古典的モジュラーアーキテクチャを根底から揺るがし、非モジュラーで身体に根ざした認知を支持する。
• 本論文は、特にefference copyに関連する検証可能な実験的基準を提示し、生物学的エージェントにおけるモジュラーと非モジュラーシステムを実証的に区別する手がかりを提供する。