Pojęci ciągłości umysłu Michala Spivy'a ROBERT PIŁAT Instytut Filozofii i Socjologii PAN Rfrat przdstawia główn założnia dynamicznych modli umysłu i prcpcji oraz rflksję na tmat ich wartości ksplanacyjnj. Główna inspiracją jst wydana w 2008 monografia Michala Spivy a Th Continuity of Mind. W modlach dynamicznych procsy umysłow są przdstawion jako punkty i trajktori w wilowymiarowj przstrzni stanów 1, któr w zalżności od danych wjściowych można traktować jako stany umysłu lub stany mózgu. Jdnak stany t ni są charaktryzowan w katgoriach fizycznych, lcz jako prawdopodobiństwa wywołania zachowań. Dynamiczn modl umysłu przciwstawiają się w szczgólności idi modularności umysłu oraz znaczni ograniczają zastosowani pojęcia rprzntacji. Pojdynczy stan umysłowy na przykład rprzntacja umysłowa - ni jst tu traktowany jako wartość funkcji przbigającj przstrzń stanów, lcz jako atraktor w tj przstrzni; twirdzi się, ż z powodu konkurujących dtrminacji i dopływu nowych bodźców umysł nigdy ni osiąga stabilnych stanów. Wydaj się, ż modl dynamiczn podają wiarygodn wyjaśnini niktórych czynności umysłowych, w szczgólności związanych z kontrolą ruchu lub z podjmowanim dcyzji. Modl t cchuj równiż duża ogólność, mogą tak samo dobrz modlować procsy, któr pod względm fizycznym ni mają z sobą nic wspólngo. W rfraci postaram się pokazać zalty i wady modli na przykładzi przszukiwania pola wzrokowgo w poszukiwaniu zadango przdmiotu. Staram się pokazać, ż modlom dynamicznym umykają z koniczności ważn własności tgo zjawiska. Wszystkich wchodzących tu w grę własności ni można bowim zintgrować w jdną przstrzń stanów. Inspiracj modli dynamicznych Szrg intrygujących obsrwacji i wyników ksprymntalnych pozwala sadzić, ż czynności poznawcz, prcpcyjn oraz kontrola zachowania polgają na gnrowaniu nistabilnych stanów równowagi pomiędzy przciwstawnymi czynnikami dtrminującymi. W 1 Wyrażni przstrzń stanów trzba tu rozumić tak jak w fizyc (ciągła przstrzń stanów, przstrzń fazowa) a ni jak w automatyc (macirz stanów układu). 1
1970 David Sparks wykazał na przykład, ż za ruchy okaz odpowiada jdnoczśni pobudzony zspół komórk, z których każda odpowiada za odminny ruch gałk ocznych (Spivy 2007, 11). Innym przykładm jst spostrzżni, ż stopiń aktywności nuronów w korz wzrokowj zalży w dużj mirz od tgo jak wil innych otaczających komórk jst aktywnych aktywność jst mnijsza, kidy aktywność otaczających komórk jst mnijsza. Jst tu stała dynamiczna zalżność, którą najlpij opisywać w katgoriach konkurncji pomiędzy węzłami w sici nuronów. Jszcz innym przykładm jst mchanizm kontroli równowagi w postawi stojącj. Ni ma tu żadnj rprzntacji punktu równowagi; ciało odchyla się w jdynym kirunku mijając wirtualny punkt równowagi, lcz ni odnotowuj go (ni rprzntuj) w żadn sposób. Istotny jst jdyni stopiń wychylnia, który uruchamia mchanizm kompnsujący w postaci ruchu w przciwnym kirunku. Chwilow rozstrzygnięcia gnrowan przz systm poznawczy i wyrażając się w formowaniu jdngo z wchodzących w grę zachowań wymagają czasu. Jst on na tyl krótki, ż umyka standardowj mtodzi psychologi poznawczj, czyli badaniu czasu rakcji osób wykonujących spcjalni zaprojktowan działania 2. W znanym zjawisku przskoku prcpcyjngo przy wpatrywaniu się w kostkę Nckra przjści od jdnj postaci kostki do drugij wydaj się natychmiastow, lcz w istoci zajmuj pwin czas, który za pomocą nowych tchnik monitorowania pracy mózgu daj się obsrwować. Powstawani nowgo potncjału czynnościowgo ma nitrywialną strukturę. Spivy twirdzi, ż najlpszym przybliżnim tj struktury jst odwzorowani logistyczn, któr pokazuj jak w każdj chwili budowania się nowgo potncjału wzrasta prawdopodobiństwo osiągnięcia przz populację stanu pozwalającgo na pwną czynność - w tym przypadku na nową prcpcję (Spivy 2007, 19-21). Odwzorowani logistyczn jst funkcją, którj użyto po raz pirwszy w modlowaniu dynamiki populacji w warunkach ograniczającj prsji środowiska. Funkcja ta wyraża dynamiczną zalżność pomiędzy dwoma konkurncyjnymi czynnikami: szybkością rozmnażania i zasobami środowiska pozwalającymi na przżyci tylko okrślonj liczby osobników. Związk tn jst dynamiczny poniważ w warunkach modlowych zwiększni jdngo z tych paramtrów zwiększa ograniczając działani tgo drugigo, który z koli rosnąc powoduj zwiększani działania ograniczającgo z strony pirwszgo. Zdanim Spivy'a podobną tchnikę można zastosować do modlowania czynności umysłu ludzkigo w sytuacji, kidy potrzbn jst uwzględnini dwóch lub więcj dynamiczni 2 Zdanim Spivy'a formułowan w kognitywistyc koncpcj ogóln są za bardzo uzalżnion od tj mtody. Czas rakcji w istoci zawira wil użytcznych informacji, lcz równi wilu ni zawira. Z punktu widznia obcnych rozważań istotny jst zarzut, ż czasy rakcji rzadko przyjmują rozkłady gaussowski, co ni pozwala na uchwycni zawartj w nich informacji przz analizę odpowidnich funkcji a tym samym na zrozumini procsów poznawczych o charaktrz ciągłym. 2
związanych (wzajmni się ograniczających) dtrminacji. Różnica polga na tym, ż w modlu populacji funkcja pokazuj wilkość fizyczni mirzalną (liczbę osobników), podczas gdy narastani potncjału czynnościowgo trzba raczj przdstawić jako krzywą prawdopodobiństwa wykonania dango działania w stosunku do wykonania konkurncyjngo działania, walczącgo o dostęp do tych samych zasobów. Krytyka pojęcia rprzntacji Z punktu widznia modli dynamicznych wąski gardło pomiędzy oddziaływanim otocznia a czynnościami organizmu lży ni pomiędzy rprzntacją a otocznim, lcz pomiędzy planowanim działania i wykonanim. W tradycyjnym rprzntacjonistycznym podjściu poszukuj się stanów umysłowych, który byłyby warunkami konicznymi i dostatcznymi wykonania okrślonych czynności. W punktu widznia modlu dynamiczngo ni ma takich warunków. Ni jst tak, ż podmiot najpirw buduj rprzntację otocznia, a potm buduj scnariusz działania oparty na tj rprzntacji. Stany umysłow wyznaczają w każdj chwili nizrow prawdopodobiństwa wilu działań i korlatywni wilu rprzntacji 3. Paradygmat dynamiczny ma prowadzić do stopniowgo pozbywania się pojęcia rprzntacji umysłowj. Pojęci to odgrało wprawdzi zasadniczą rolę w rozwoju kognitywistyki, liminując uproszcznia bhawioryzmu i otwirając drogę do badania autonomicznych procsów umysłowych (Spivy 2007, 8-9) lcz opira się na niralistycznym opisi pracy umysłu. W szczgólności ni pokazuj procsu formowania się rprzntacji oraz rlacji pomiędzy rprzntacjami. Przyczyną tych uproszczń jst chęć opisania rlacji wiążących obikty umysłow z przdmiotami w świci i ich własnościami. Jdnak rlacja ta ni musi wcal zachodzić. Istotny jst związk pomiędzy stanami otocznia i działaniami podmiotu, natomiast postulat, ż związk tn wymaga najpirw związku pomiędzy stanami otocznia i rprzntacjami jst założnim tortycznym, którgo przydatności zmnijszają się w miarę jak uzyskujmy mpiryczny wgląd w mikroprocsy składając się na formowani się zachowania. Dynamiczn własności umysłu i kontroli zachowania wykrywan są zatm przz odwzorowani jgo pracy na przstrzń prawdopodobiństw. Dynamiczn modl pracy umysłu mają na clu wyjaśnini procsu powstawania i przbigu w czasi stanów umysłu pozwalających na wykonywani okrślonych czynności, przy czym trmin czynność objmuj równiż prcpcj czy podjmowani dcyzji. W przciwiństwi do modli statycznych, w których podstawową jdnostką umysłu jst rprzntacja, modl dynamiczn objmują zawsz pwin odcink czasu 3 Nalżałoby powidzić quasi- rprzntacja z względu na ich czysto wirtualny charaktr. 3
potrzbny do uformowania się potncjału czynnościowgo. Modl t mają wyjaśniać przjścia od jdnych stanów do innych, a w szczgólności t własności, któr łączą daną czynność z dalszym bigim działania. Podstawowym założnim jst to, ż każdy procs umysłowy posiada pwn przdłużni w czasi poza momnt wykonania czynności to przdłużni ni jst jdnak osobna rprzntacją koljnj fazy działania, lcz swoistą inrcją umysłu. Zdanim Spivya'a kluczm do zrozuminia ciągłj pracy umysłu, która zarazm pozwala na wykonywani konkrtnych czynności, jak ruch, prcpcj, dcyzj, jst prawdopodobiństwo, z jakim dana faza aktywności umysłu moż wywołać daną czynność. Prawdopodobiństwo to ni musi nigdy osiągać wartości 1.0, poniważ o czynnościach dcyduj konkurncja pomiędzy różnymi stanami, zaś dostęp do fktorów uzyskuj tn procs, który ma wystarczająco duż prawdopodobiństwo. Twirdzni to wydaj się paradoksaln, poniważ wykonani danj czynności powinno oznaczać, ż powstani odpowidni stanu umysłowgo właśni osiągnęło 1.0. Jdnak samo wykonani czynności ni jst nigdy zgodn z zasadą wszystko albo nic - czynności przjawiają w czasi wykonania pwn wwnętrzn fluktuacj i dwuznaczności wskazując na nizakończon czy zarodkow konkurncyjn scnariusz (Spivy 2007, 3-4). W czynnościach umysłowych ni chodzi o stworzni stuprocntowj podstawy czynności, lcz o stworzni podstawy czynności fktywnj z punktu widznia zasobów czasowych i nrgtycznych (Spivy 2007, 46-47). Musi być ona dokładna i zdcydowana, tylko w tj mirz, w jakij wymagają tgo warunki zwnętrzn. Modl dynamiczn opirają się na modlowaniu stanów poznawczych za pomocą wilowymiarowych przstrzni stanów, których punkty odpowiadają wartościom itrowanych funkcji wiążących wilkości nalżąc do wymiarów przstrzni. W zalżności od stanów początkowych funkcj t przjawiają własności niliniow, zaś zbiór wartości tych funkcji będących produktm wilokrotnych itracji przjawia charaktrystyczną niliniową strukturę. Istniją punkty w przstrzni stanów, któr ni nalzą do żadnj z gnrowanych wartości, lcz inn wartości koncntrują się ich pobliżu mówi się, ż są atraktorami w danj przstrzni stanów. Wykazano w wilu dzidzinach przd wszystkim w fizyc - ż odwoływani się do takich przstrzni wyjaśnia własności wilu procsów. Obcni formułuj się nadzij związan z użycim tgo rodzaju modlowania do opisania funkcji umysłu. Podsumowując, trmin rprzntacja moż się odnosić tylko do fazy pośrdnij pomiędzy zmysłowym bodźcm i działanim fizycznym faza ta implmntowana jst w złożonych strukturach nuronalnych. Faza ta ma postać wilu różnych potncjalnych scnariuszy, powstających dzięki konkurncyjnj aktywności różnych populacji nuronów. Konskwncją podjścia dynamiczngo jst to, ż mózg niczym Schrödingrowski kot znajduj się w kilku 4
stanach jdnoczśni. Stany t różnią się prawdopodobiństwm. Prawdopodobiństwa przypisan poszczgólnym stanom ni są nigdy zrow, lcz mamy do czyninia z trajktorią przbywającą przz przstrzń stanów opisujących t rozkłady prawdopodobiństw. Narzędzia modlowania pracy umysłu Modlowani nakładających się procsów zaangażowanych w konstruowani scnariuszy czynności wymaga odwzorowania ich na przstrzń stanów, w którj podstawowymi jdnostkami ( punktami ) są wktory prawdopodobiństwa. Ow przstrzni stanów są najlpszym przybliżnim tgo, co dzij się pomiędzy bodźcm a działanim (Spivy 2007, 5). W zamian za usunięt pojęci rprzntacji uzyskujmy tu pwn trajktori w przstrzni stanów. Czyst stany umysłow istniją jako wirtualn lokalizacj w przstrzni stanów. Trajktoria prawdopodobiństwa w przstrzni stanów przz stosunkowo krótki czas w pobliżu atraktorów, a przz znaczni dłuższy czas pomiędzy nimi. Chwijny charaktr równowagi cchuj, zgodni z dynamicznymi modlami, wszystki stany poznawcz od najprostszych prcpcji do zaawansowanych czynności myślowych. Przyczynę tj chwijnj równowagi można wyjaśnić stałym dopływm bodźców (Spivy 2007, 35). Systmy dynamiczn przwidują dlaczgo w obrębi tgo rodzaju procsów muszą zachodzić procsy niliniow. Modl t są bowim wrażliw na warunki początkow, któr zminiają się z każdą itracją. Informacj o ciągłości (dynamic) procsów poznawczych ni znajdują się poziomi własności samych procsów, lcz na poziomi prawdopodobiństwa wywołania przz ni zachowań. Tylko tak można uchwycić swoist zazębiani się procsów charaktrystyczn dla procsów dynamicznych. Mówiąc obrazowo: procs dynamiczny charaktryzuj się tym, ż następna faza tkwi w okrślony sposób (w idalnym przypadku opisany przz równani różniczkow, lcz w przypadku złożonych układów z sprzężnim zwrotnym modlowan za pomocą itrowanych funkcji) w fazi wczśnijszj, zaś faza wczśnijsza w późnijszj 4. Z tych założń wynika tza Spivy'a o ciągłości umysłu. Głosi ona, ż jdnoczśni aktywn rprzntacj umysłow mogą być traktowan jako sumujący się do wartości 1.0 zbiór 4 Na okrślni charaktrystyczngo dla procsów dynamicznych probabilistyczngo wychylnia ku przyszłym stanom Spivy używa okrślnia zachłanny procs poznawczy w tym snsi, ż istotną częścią informacji zawartą w danj fazi procsu jst informacja o jgo możliwych dalszych ciągach. Tę własność procsów prcpcyjnych można zilustrować prostym przykładm: Kidy osoba badana obsrwuj na krani ruch punktu i ksprymntator nagl zgasi kran proszą osobę badaną o wskazani, w którym mijscu znajdował się punkt w chwili zniknięcia, wskazania są systmatyczni przsunięt w kirunku ruchu. Ni chodzi więc o zwykłą nidokładność ikonicznj pamięci, lcz o rgularny procs polgający na tym, ż lmnt antycypacji są istotna częścią prcpcji. 5
prawdopodobiństw uruchominia pwnj liczby altrnatywnych działań 5. Krzyw tych prawdopodobiństw przbigają gęścij w pobliżu wartości (Spivy 2007, 14), któr rprzntują działania rzczywiści wykonan. Wartości t ni są jdnak wartościami modlującj funkcji. Jśl chodzi o narzędzia matmatyczn modlowania dynamiczngo, to szczgóln mijsc przypada odwzorowaniu logistycznmu o postaci x n+1 = rxn (1-x n ). Zostało wprowadzon w modlu dmograficzny Pirra Vrhulsta i slużyło do pokazania dynamki populacji w środowisku pozwalającym na przżyci okrślonj liczby osobników 6. Równani to pasuj do różnych zjawisk, w których zachodzi itratywn dochodzni do pwnj wartości w warunkach konkurncyjnych dtrminacji. Zdanim Spivy'a nadaj się w szczgólności do opisania powstawania potncjału czynnościowgo. Ni znaczy to, ż w przypadkach, któr wydają się analogiczn do dynamiki populacji zawsz potrafimy fktywni zastosować odwzorowani logistyczn. W tym clu nalżałoby dysponować pomiarm wilkości x oraz ustalić wartość paramtru r. Na ogół ni dysponujmy taka widzą. Ni znaczy to jdnak, ż odwzorowani logistyczn pozostaj tylko ogólną inspiracją czy analogią. W szczgólności jgo pochodna y(1-y) była użyta do skalowania stopnia, w jakim moduł błędu dango węzła (oczkiwana wartość wyjścia minus rzczywista wartość wyjścia pomnożona przz wartość prsynaptycznj aktywacji) moż zminiać wagę sygnałów na wjściu. Tn modl Rumlharta jst równoważny odwzorowaniu logistycznmu. Równoznaczność ta jst inspiracją do modlowania potncjałów czynnościowych za pomocą sztucznych sici nuronalnych z wstczną propagacją błędów. Głównym narzędzim Spivya jst znormalizowana rurncyjana sić z lokalnymi atraktorami (normalizd rcurrnc localist atractor ntwork) - dalj NRLAN (Spivy 2007, 96-97). Sić ta pozwala na składani różnorodnych formatów informacji za pomocą przdstawiania ich jako prawdopodobiństw z którym różn wstępn założnia wspirałby okrślon rzultaty wyjściow. Sić buduj się następująco: birz się wszystki współrzędn dango działania w odpowidnij przstrzni stanów i oblicza się ich odlgłość od wszystkich istotnych atraktorów czyli punktów rprzntujących rzczywiści wykonan działania. Potm dokonuj się normalizacji tych wartości tak by sumowały się do 1.0, co daj obraz konkurncji otrzymując w fkci profil probabilistycznj przstrzni umysłowj. Zadanim sici nuronalnj jst modlowani mchanizmu przchodznia od jdnych stanów prawdopodobiństwa do następnych. Węzły sici 5 Wyrażni uruchomini działania trzba rozumić w szrokim snsi; chodzi ni tylko o bzpośrdni impulsy motoryczn, lcz takż o prcpcję i inn stany poznawcz skojarzon z dana czynnością motoryczną (Spivy 2007, 15). 6 Liczba xn jst liczbą pomiędzy 0 i 1 i rprzntuj populację w danym roku n (x0 populacja w roku 0) rprzntacja ta oddaj część maksymalnj pojmności środowiska: 1 jst tu maksymalna wartością a 0 minimalna; r jst liczb a dodatnią stanowiąca kombinację prędkości rprodukcji i wymirania. Równani ma wychwytywać wzrost przy małych wilościach populacji i zmnijszani się na skutk dojścia populacji do granic wydolności środowiska. 6
odpowiadają wktorom w przstrzni stanów, któr z koli (na mocy normalizacji) oznaczają prawdopodobiństwa pwngo zachowania. Schmat typowj NRLAN wygląda następująco: 7
Wktory intgrujac w k t o r y d t r m i n u j ą c w k t o r y d t r m i n u j ą c Typow funkcjonowani sici zawira itrację następującj skwncji kroków: (1) normalizacja wktorów dtrminujących, czyli dzilni każdgo z nich przz jgo długość; (2) ważon dodawani konkurujących (znormalizowanych) wktorów dtrminujących i przsyłani wyniku do wktora intgrującgo; (3) normalizowani wktorów intgrujących; (4) przsyłani wzmocninia do wktorów dtrminujących w postaci aktywacji wktora intgrującgo (po normalizacji) pomnożongo przz ważony impuls otrzymany z danj składowj wktora dtrminującgo i dodany do obcnj aktywacji tj składowj składowj (Spivy 2007, 103-104). Kroki t prowadzą do stopniowgo uzyskiwania przwagi na skali prawdopodobiństwa przz jdn z wktorów intgrujących. Po przkroczniu ustalongo progu dochodzi do wykonania działania. Spivy uważa, ż owo wykonani ni zatrzymuj dynamiki procsu, działania nigdy ni są całkowici jdnoznaczn a ich scnariusz zamknięt; w odpowidnio małj skali czasowj widać w nich charaktrystyczn ambiwalncj i luki, któr są fktm niwygaszonych możliwości innych działań, któr ni uzyskały przwagi na skali prawdopodobiństwa. Utrzymywani się tych nizrowych prawdopodobiństw przyczynia się wprawdzi do pwngo zaburznia podjętgo działania, lcz jst to cna za udział każdgo działania w działaniach koljnych. Pwn lmnty wykonywan właśni czynności są już częścią mchanizmu slkcjonującgo koljn działania w nowj przstrzni stanów. Tę właśni cchę Spivy nazywa ciągłością umysłu. 8