Sensomotorische Ursprünge der Kognition

Transkript

1 Marion Wardermann Sensomotorische Ursprünge der Kognition Seminar Kognitive Robotik SS 2004

2 Grundfrage Wie können aus reaktiven Systemen Systeme wie Menschen entstehen?

3 Quellen Cruse, H: The evolution of cognition a hypothesis, Cognitive Science 27 (2003) Hesslow, G: Conscious thought as simulation of behaviour and perception, Trends in Cog. Sci. Vol.6 Nr.6 (2003)

4 Gliederung Was macht den Menschen aus? Lösungsansätze Wie plausibel sind diese Lösungsansätze?

5 Fähigkeiten des Menschen Autonomie Kognition/Fähigkeit zu Planen Bewusstsein

6 Autonomie Umgang mit komplexer Umwelt 2 Arten von Fähigkeiten: Lösung von Einzelaufgaben, z.b. Objekterkennung Entscheidungen treffen Umgang mit zusätzlichen Freiheitsgraden

7 Kognition Kognitives System <=> Reaktives System Definition: Fähigkeit zu Planen Interne Welt notwendig

8 Interne Welt Grundlage für Denken und Planen Nötig für: Posturerhaltung beim Menschen Perzeption...

9 Basis der internen Welt Kontext-freie Repräsentationen unterliegende Mechanismen dargestellt Körpermodell als Grundlage

10 Handeln in interner Welt Denken: imaginäres Handeln Vorstellung: imaginäre Wahrnehmung

11 Bewusstsein Interne Perspektive Nicht wirkliche Sensordaten, sondern mentale Konstrukte sind uns bewusst

12 Unbewusst-Bewusst Mindestens drei Übergänge von unbewussten zu bewussten Systemen Evolutionär Entstehung eines Menschen Erwachen aus traumlosem Schlaf Unterschiede zwischen bewussten und unbewussten Systemen nicht groß

13 Autonomie: Lösungsansätze Klassische KI: Introspektive Ansätze, symbolbasiert Zu aufwändig und anfällig Embodied AI: Einbeziehung der Körper-Umwelt-Interaktion Einfachere, schnellere Lösungen

14 Arten von Freiheitsgraden Unterschiedliche Anordnung der Gelenke: Parallel: z.b. Insekt Seriell: z.b. Arm

15 Parallel: Beispiel Walknet Basiert auf Stabschrecke 18 Freiheitsgrade Jedes Bein lokal gesteuert

16 Koordination der Beine Zurückziehen verhindert Beginn von Zurückziehen Beginn des Vorschubs bewirkt Beginn des Zurückziehens Erreichen der Endposition bewirkt Beginn des Zurückziehens Position beeinflusst Position am Ende des Zurückzugs ( Zielen ) Erhöhter Widerstand erhöht Kraft ( Koaktivierung ) Erhöhte Last verlängert den Vorschub Auftret-Reflex

17 Steuerung eines Beins Selector: Stand- oder Schwingphase, Input lediglich Position und Ausgaben der Nachbarbeine Schwing-Netz: simples, mit biologischen Daten trainiertes NN Stand-Netz: positives Feedback und Hochpassfilter Ziel-Netz: Koordination mit Position des vorderen Beines

18 Implementierung: Tarry II Kooperation mit Uni Duisburg

19 Fazit Autonomie / Walknet Rein reaktives System großes Maß an Autonomie Umgang mit großer Zahl Freiheitsgraden Parallele Anordnung der Gelenke Lokal gesteuert Welt-Körper-Interaktion einbezogen

20 Seriell: Beispiel MMC-Netz Steuerung eines 3-gelenkigen Arms im 2D- Raum

21 Armsteuerung Probleme: Unendlich viele Lösungen für inverse Kinematik Zusätzliche Einschränkungen der Lösung Lösungsansätze: Energiefunktionen Passive-Bewegung Paradigma

22 Energiefunktion Schnell Reaktives System Für vorher unbekannte Probleme keine Lösung

23 Passive-Bewegung Paradigma Modell des Arms wird an gewünschte Stelle bewegt Lösung wird an Armmodell abgelesen Z.B. mechanische Lösungen mit Federn

24 MMC-Netz Mean of Multiple Computation Implentierung Passives-Bewegungs Paradigma Dynamisches System Input: Gewünschte Koordinaten Momentane Winkel Output: Zielwinkel Zugehörige Koordinaten

25 MMC: Aufbau

26 Ein Applet

27 MMC: Biologie Fitt s Law: Zwischen Zielgenauigkeit und Schnelligkeit muss immer ein Kompromiss geschlossen werden MMC-Netz: Damping-Parameter: Je höher, desto genauer, je niedriger, desto schneller ist das Ergebnis Bimodale Neurone sind Perzeptiv und motorisch zugleich MMC-Netz: Neurone lassen sich weder dem motorischen noch dem perzeptiven System zuordnen

28 MMC: Eigenschaften Weiche, begrenzte Attraktorgebiete Lösung von inverser und direkter Kinematik Leicht auf komplexere Körpermodelle erweiterbar Kann alle geometrischen Lösungen darstellen Repräsentation von unterliegendem Mechanismus

29 Wiederholung Kognition Grundlage der Kognition: Interne Welt Kontext-freie Repräsentationen der unterliegenden Mechanismen MMC kann als Grundlage für Körpermodell dienen, wenn es vom motorischen System abgekoppelt wird

30 Erweiterung Körpermodell Weltmodell MMC repräsentiert bereits kleinen Teil der Umwelt: die Zielkoordinaten Beispiel: Neuron, dessen rezeptives Feld die Hand umfasst Bei Stockgebrauch Erweiterung um das Werkzeug

31 Simulation Ist es möglich, dass auch im Hirn das interne Weltmodell lediglich das vom motorischen System abgekoppelte Körpermodell im Stil des MMC ist?

32 Imaginäre Handlung Bei Armbewegung und vorgestellter Armbewegung: Ähnliche Gebiete aktiviert Inhibitorische Einflüsse auf Motorneurone bei nicht vollzogener Bewegung Zeitliche Korrespondenz der Dauer vorgestellter und tatsächlicher Bewegungen

33 Imaginäre Wahrnehmung Mentale Rotation Kortikale Blindheit: Ohne visuellen Cortex können auch keine visuellen Bilder mehr vorgestellt werden Bei Vorstellung Aktivierung wichtiger visueller Hirnbereiche

34 Antizipation Assoziation Handlung - Perzeption Dadurch: Vorbereitung von Handlung erzeugt Simulation von Wahrnehmung Möglichkeit, potenziell gefährliche Handlungen abzubrechen

35 Simulationsketten Wahrnehmung oder Handlung erzeugt Simulation von Handlung erzeugt Simulation von Wahrnehmung erzeugt Simulation erzeugt... Läuft ohne Steuerungsinstanz Probehandeln Planen

36 Fazit Planung Steuerung eines komplexen Körpers: MMC Netz MMC repräsentiert Mechanismen der Bewegung Durch Abkopplung vom Motoroutput MMC als Körpermodell nutzbar Damit Simulation von Handlung und Wahrnehmung möglich Abfolge von Simulationen ist Planung

37 Vorteile dieser Sicht Kein grundsätzlich neues Modul nötig Keine ontologischen Zusatzannahmen nötig Biologie: Motorische Bereiche bei kognitiven Aufgaben beteiligt

38 Bewusstsein Bewusstsein = innere Perspektive haben Innere Perspektive beruht nicht auf Sensordaten, sondern mentalem Konstrukt Damasio: Bewusstsein ist impulsartig. Es besteht aus drei Zuständen, die aufeinanderfolgen: 1. Der aktuelle Zustand des Organismus 2. Einwirkung eines Objekts 3. Reaktion, die den Zustand des Organismus verändert

39 MMC als Bewusstsein Bewusstseinszuständen nach Damasio entspricht bei MMC: 1. Körperposition entsprechend Sensorinput 2. Anlegen des Zielvektors 3. Relaxation zum Attraktor Bewusstwerden erst nach erfolgter Relaxation

40 Zusammenhang MMC / Bewusstsein? Basiert die interne Perspektive auf dem Körpermodell also dem MMC, wird aber erst nach dem Auslesen durch das Motorsystem bewusst?

41 Parallelen Aktivation von Gesichtsausdruckkommandos werden stets von den entsprechenden Empfindungen gefolgt Pinocchio-Illusion Greifen an die Nase Stimulation der Armmuskeln, so dass der Ellenbogenwinkel größer schien als real Ergebnis: Die Nase erschien subjektiv länger, als Kompromiss zwischen widersprüchlichen Erfahrungen MMC: sucht auch immer Kompromiss

42 Fazit Bewusstsein MMC als Grundlage für interne Perspektive wahrscheinlich, aber Keine Grund dafür, warum überhaupt etwas bewusst wird

43 Quellen _Seminar/StudenMaterials/crusecontrol/Pap er/cruse%20control.pdf memex/applets/mmc/