Símbolos em criaturas biológicas e artificiais

João Queiroz Dept. Computação e Automação (UNICAMP)

Dept. Biologia (UFBA)

? cognição

representação

linguagem

comunicação

signo

Homo … semioticus

Lacan: Man speaks therefore, but it is because the symbol has made him man

Pinker: Em qualquer história natural da espécie humana a linguagem se distingue como traço preeminente.

Tecumseh Fitch: Language is arguably the most important characteristic of our species, with no known analogs in the animal world.

Homo … semioticus

Tomasello: Nas discussões sobre cognição humana de um ponto de vista filogenético, a linguagem costuma ser invocada como uma das razões da singularidade cognitiva humana.

pano-de-fundo ...

VOCÊ É UM CONTINUISTA?UM SALTACIONISTA?

Estamos (sempre estivemos) sós em nossa capacidade de produzir e interpretar símbolos?

Linguagem

Human communication is most clearly distinguished from the communication of other primate species by its use of (1) symbols and (2) grammar.

Tomasello

Tópicos

definições, descrições relações de dependência pressuposição, determinação anterioridade mosaic evolution? requisitos biológicos, culturais, ecológicos … continuistas vs saltacionistas ontogenia vs histórico vs filogenia

Organização

introdução contexto, problemas, comunidades,

metodologias [e.g. sintética] C.S.Peirce

arquitetura filosófica, categorias, semiótica

etologia problemas, mainstream, neurosemiótica

comparada símbolos como artefatos cognitivos

‘atalhos e ferramentas’

Representações?

“componente infraestrutural das investigações científicas” é “obscurecido por confusões terminológicas” (Clark 1997)

o termo “é usado em uma tal variedade de modos, em ciências cognitivas, que torna-se um desafio acessar as diferentes propostas que diversos cientistas fazem sobre representação” (Bechtel 1998)

Semiotica & ciência cognitiva

o que são representações, signos, semiose?

como são produzidos? qual sua lógica de funcionamento?quantos tipos de signos conhecemos?1. como são usados? como estes tipos se complexificam em

criaturas complexas?

Semiotica & ciência cognitiva

em que momento surgem, em termos onto e filogenéticos?

que estruturas estão associadas à sua produção em organismos complexos?

como o desenvolvimento de sistemas de signos otimizam perfomances cognitivas?

como simular estas performances em criaturas artificias?

Mais e mais problemas …

diferenças entre sistemas de signos inatos e adquiridos

papel adaptativo de linguagens composicionais

vantagens adaptativas de símbolos hipotéticos substratos responsáveis influência entre diferentes competências

semióticas e tarefas de baixo nível cognitivo

pressuposição de tipos fundamentais de competência semiótica

Símbolos? Ubiquous …

sinônimo de signo“icônicos, convencionais,

conotacionais” (Noth 115), “verbais, gráficos e pictoriais” (Sebeok

1976: 135)“palavras, gestos”...exemplos: “bandeiras, figuras

emblemáticas, alegorias”,

Mainstream …

“símbolos vs não-convencionais”

Pré-requisitos

pressões seletivas habilidades

sistema motor percepção atenção teoria da mente categorização memória aprendizagem associativa inferência causal equipamento fonador (ou equivalente)

Pré-adaptações

biológicas Pinker, Deacon, Arbib

• estruturas e circuitarias neurais específicas

culturais Tomasello

• sociogênese

ecológica-social Dunbar

• pressões ambientais

Abordagens

analíticas teóricas, formais, empíricas

sintéticas (Synthetic Psychology, 1984) top-down (GOFAI)

• e.g. expert systems

bottom-up (nouvelle AI, Wet AI, alife)

• e.g. situated organism• Synthetic ethology is an approach to the study of

animal behavior in which simple, synthetic organisms are allowed to behave and evolve in a synthetic world (MacLennan & Burghardt).

Comunidades

semiótica e biosemiótica etologia e neuroetologia neurociências arqueologia cognitiva linguística vida artificial animats etologia sintética

Perguntas específicas

• há evidência de símbolos em animais não humanos?

• que substratos neurobiológicos são responsáveis pela capacidade de processamento de símbolos?

• há evidências em ancestrais humanos?• como fazer estudos comparativo-

evolucionários?• como associar a contrução e manipulação

de ferramentas?• como simular a emergência destes

processos?

Language behavior does not fossilize

Comportamento simbólico também não: Comparativo

• Biosemiótica• Etologia• Psicologia Evolutiva• Arqueologia Cognitiva

Computacional• Abordagens Sintéticas

Abordagem comparativa

• Biosemiótica• tratamento semiótico de processos biológicos

• Etologia• comportamento no campo

• Psicologia Evolutiva e arqueologia Cognitiva• mente dos ancentrais humanos

Computing provides philosophy with such a set of simple, but incredibly fertile, notions – new and evolving subject matters, methods, and models for philosophical inquiry.

Bynum & Moor

Abordagem computacional

Abordagem computacional

vida artificial, etologia sintética, ANIMATS, robótica cognitiva, neuroetologia computacional

•life as it could be

que abordagem é capaz de revelar os mecanismos envolvidos na emergência de diversas competências semióticas?

SYMBOL GROUNDING

…

Alguns representantes

IA • Harnard - categorical perception anchoring

robótica cognitiva• behavior based robotics (physical grounding

hyphotesis)• Brooks -> anti-representacionalismo

vida artificial • Cangelosi, Parisi

embodied and situated cognitive robotics (physical symbol grounding problem)

• Vogt • Ziemke

etologia sintética

Diversas criaturas

Khepera é um robô usado em pesquisas de ANIMATS e robótica cognitiva (manufaturado pela K-Team S.A.)

Diversas criaturas

CUBE

Animats

CUBE

CUBE

Symbolic Creatures Simulation

Algumas vantagens

constrói sistemas capazes de realizar tarefas cognitivas, para gerar, testar, e avaliar hipóteses e teorias para a teoria: oportunidade de quantificar e

formalizar, em termos de linguagem de programação, suas principais idéias, conceitos e proposições.

meios para realizar Gedanken experiments sobre as condições necessárias e suficientes para observação dos processos investigados

• como seriam, ou teriam sido, tais e tais fenômenos, se as condições iniciais para a emergência e desenvolvimento fossem, ou tivessem sido, outras, e não estas?

Diversas vantagens

alterar livrementeos parâmetros que definem os padrões de eventos simulados

a arquitetura das criaturasas leis que regem o comportamento dos objetos no ambiente

Diversas vantagens

isolar e variar cada parâmetro isoladamente

associar diversas variações, combiná-las temporalmente em cascata

replicar, sem as dificuldades operacionais típicas de modelos experimentais, os procedimentos

introduzir novos e subtrair antigos parâmetros

Group for Research on Artificial Cognition (GRACo) www.dca.fee.unicamp.br/projects/artcog

João Queiroz Ângelo Loula Antônio Gomes Ricardo Gudwin Sidarta Ribeiro Leandro de Castro Ivan de Araújo Charbel El-Hani

Principais frameworks

semiótica e pragmatismo de Peirce gramática especulativa e pragmaticismo

• teoria pragmática da comunicação neuroetologia

comunicação animal e substratos neurobiológicos

etologia sintética/animats simulação de comunicação simbólica

• cenário digital/arquitetura cognitiva• condições necessárias e suficientes para

projetar criaturas simbólicas

Symbolic Creatures Simulation

Criaturas Presas Aprendiz e Instrutor Predadores

• Terrestre , Aéreo e Rastejante

Objetos Árvore Arbusto

O instrutor emite alarmes na presença de predadores. Os aprendizes aprendem a associação alarme-predador.

Aprendizagem associativa de símbolos

Memória Associativa relações ajustáveis entre

estímulos• aprendizado Hebbiano• ciclos positivos e negativos• auto-organização

Memórias de trabalhos repositório temporário de

estímulos• persistência de estímulos

DR1 DR1

DR2

Associação de eventos: fase indexical

A vocalização do alarme dirige a atenção do aprendiz para o predador provocando fuga específica.

Associação de eventos: fase simbólica

Quando a associação alarme-predador tem valor alto, o aprendiz foge especificamente ao ouvir o alarme mesmo não vendo o

predador.

Playback

Ao simular a reprodução do alarme por um altofalante, sem a existência de um predador, o aprendiz também fugirá.