[论文解读] The Dynamically Extended Mind -- A Minimal Modeling Case Study

Tom Froese, Carlos Gershenson+1 more|arXiv (Cornell University)|May 8, 2013

Embodied and Extended Cognition参考文献 62被引用 24

一句话总结

本文通过演化机器人建模两个通过声学耦合的智能体，挑战了关于延伸心智假说的'耦合-构成谬误'批判。研究显示，耦合系统表现出孤立智能体无法实现的涌现动力学特性——如神经动力学中的形式不变性——证明了通过动力系统中非线性相互作用，环境耦合可构成认知。

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.

研究动机与目标

• 为回应'耦合-构成谬误'批判，该批判认为与环境的耦合并不意味着认知的构成性包含。
• 探究耦合动力系统中的非线性相互作用是否能产生孤立组件中不存在的认知特性。
• 通过智能体-环境耦合的最小形式建模，证明延伸心智假说的合理性。
• 表明耦合智能体的神经动力学具有孤立状态下不可能实现的形式特性。

提出的方法

• 采用演化机器人方法，演化出能够通过简单声信号实现声学耦合的两个智能体的神经控制器。
• 将智能体建模为具有通过声信号介导的非线性相互作用的最小动力系统。
• 分析耦合智能体的神经动力学中出现的动力学特性，特别是其涌现性质。
• 应用形式分析，比较耦合系统与孤立智能体的动力学不变性，重点关注结构与功能的不可约性。
• 将模型保持在最小复杂度，以隔离耦合在生成构成性认知动力学中的作用。
• 通过计算模拟测试耦合系统是否表现出孤立个体所不具备的特性。

实验结果

研究问题

• RQ1 两个智能体构成的耦合系统是否能表现出任一智能体孤立时均不具备的认知动力学？
• RQ2 智能体与环境的耦合是否会导致认知过程的构成性变化，正如延伸心智假说所要求的？
• RQ3 耦合系统的动力学特性在形式上是否不可约解为各孤立部分之和？
• RQ4 在最小动力系统中，非线性相互作用能否证明耦合意味着认知系统中的构成性？
• RQ5 '耦合-构成谬误'是否基于对动力系统理论的误解？

主要发现

• 耦合系统表现出孤立状态下任一智能体均无法实现的神经动力学形式不变性，表明环境在认知中具有构成性角色。
• 相互作用过程整体表现出非孤立智能体贡献可还原的涌现特性。
• 动力系统分析显示，耦合系统的行为在结构上明显区别于任何孤立智能体，支持延伸认知的观点。
• 最小模型表明，环境耦合可导致孤立状态下不可能出现的新动力学态，从而反驳了'耦合-构成谬误'。
• 结果表明，耦合系统中的非线性相互作用可生成并非仅外部的、而是认知系统构成部分的认知现象。