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Cibernética y Filosofía de la Mente
Ricardo Sanz
Laboratorio de Sistemas AutónomosUniversidad Politécnica de Madrid
Cerebro, entendimiento y acción (XVII Jornadas de Filosofía)Universidad de Valladolid
El foco de estas jornadas
1. los mecanismos de la toma de decisiones y la detección de errores (con implicaciones p.e. libre voluntad),
2. la existencia de un “yo” ejecutivo, encargado de la deliberación racional y el control de la acción,
3. el papel del lenguaje en el pensamiento,
4. los distintos modelos arquitectónicos acerca de la estructura de la mente,
5. la capacidad empática de los seres humanos en contraste con la de los grandes primates y sus supuestos déficits, y
6. la relación entre cognición, entorno y cuerpo.
Contenido de esta charla
1. relación entre cognición, entorno y cuerpo,
2. modelo arquitectónico de la mente,
3. toma de decisiones,
4. existencia de un “yo” ejecutivo,
5. papel del lenguaje en el pensamiento,
6. capacidad empática de los seres humanos y
7. sobre algunos conceptos básicos en filosofía de la mente,
Casi exactamente eso:
... desde una perspectiva cibernética.
cibernética
William Gibson“Neuromancer”
introduce el concepto de
Cyberespacio
Origen de la cibernética
• Habitualmente se señala como origen de la disciplina las Conferencias Macy (1946-1953)
• Se buscaba lo que había de común en los procesos que regulaban los procesos fisiológicos, las máquinas, los sistemas económicos, la mente, la sociedad, el arte ...
• Grandes nombres: Ashby, McCulloch, Wiener, Shannon, Mead, Bateson, Pitts, Licklider, Grey-Walter, etc.
Norbert Wiener“Cybernetics”
“or the Control and Communication in the Animal and the
Machine”
¿Qué es la cibernética?
• Etimología: griego kybernetes - piloto
• Una definicion contemporánea (Heylighen):
“Cybernetics is the science that studies the abstract principles of organization in complex systems. It is concerned not so much with what systems consist of, but how they function. Cybernetics focuses on how systems use information, models, and control actions to steer towards and maintain their goals, while counteracting various disturbances.”
Apogeo, caída y pérdida
• La cibernética ofrece un punto de vista privilegiado para el análisis de los fenómenos asociados a la información: la percepción, la comunicación, el control, etc.
• Tanto fué su aparente poder que muchos quedaron mesmerizados por ella; trasladando sus postulados y métodos a múltiples dominios: antropología, política, etc.
• En el paso final esto condujo a que la disciplina se desvaneciera en un caos de gurus, falsos profetas y charlatanes; sufriendo un lavado de contenido riguroso
• Con la llegada de Neuromante, perdió el nombre
El estado actual
• Los conceptos siguen siendo fundamentales y básicos en nuestra sociedad tecnológica
• La teoría de sistemas, la ingeniería de control, la de comunicaciones son sus principales herederos
• Hay un cierto movimiento revisionista, retomando el nombre original
• Pero ha de luchar contra el presente significado generalizado vinculado a las ubicuas TI
Lo ideal y lo real
Tecnología común
Casa
País
Dispositivo
Un sustrato del ecosistema
El núcleo duro
d z
u y
r
Planta
Controlador
La realización técnica
Controlador Planta
La relación con la mente
La mente es el control del cuerpo
De lo accidental a lo intencional
Ecuación del comportamiento
Cuerpo + Mente + Entorno! Comportamiento
L = F (C,M,E, t)
Ecuación del comportamiento
Cuerpo + Mente + Entorno! Comportamiento
Lm = F (Cm,Mm, Em, t)
Lr = F (Cr,Mr, Er, t)
Murciélago
Rata
El asunto que nos ocupa
mente cuerpo
A igualdad de entorno y comportamiento ...
... ¿que papel juegan el cuerpo y la mente?¿existe la división?
¿existen clases de mentes y de cuerpos?
Contenido de esta charla
1. relación entre cognición, entorno y cuerpo, 2. modelo arquitectónico de la mente,3. toma de decisiones,4. existencia de un “yo” ejecutivo, 5. papel del lenguaje en el pensamiento,6. capacidad empática de los seres humanos y
7. sobre algunos conceptos básicos en filosofía de la mente.
de la relación entre cognición, entorno y
cuerpo
La relación
• La cognición es un mecanismo de control que permite a un cuerpo ser eficaz en un entorno
entorno
cuerpo
mente
Usando modelos (mentales)
el mundo modelos mentales modelos
medida modelado
el futuro
objetivos
acciones
predicción
confirmación
¿Funcionan los modelos?
Airbus 320*
Se prescinde de muchos detalles al diseñar la suspensión
Los modelos son aproximaciones !!!
¿Son completos?
Battery
1X Fuel cell 3X Fuel cell
1X Fuel celland battery hybrids
Imax 3Imax
VO
IO
Fig. 3. Advantage of using a fuel cell and battery hybridpower source over a fuel-cell-only source.
2.2 Human-portable fuel cells (related work)
Most advances in fuel cells have come from stationary andautomotive applications, where the power ranges are of theorder of 1 to 10 MW and 1 to 10 KW, respectively. Fuelcell and battery hybrid is actively studied for automotiveapplications. However, in automotive systems, the loaddemand is generally a soft constraint. Failure to accuratelyfollow the load results in lack of traction power whichmight be an inconvenience to the driver but does notresult in a technical system failure. In contrast, the loaddemand of an embedded system is a hard constraint,and its violation is likely to result in a critical systemfailure. Secondly, the load dynamics in embedded systemsis orders of magnitude faster; this makes the fuel flowcontrol and the charge management quite complicated.Most importantly, the automotive systems are simplyreactive and the required load current acts as a referencesignal that the hybrid power system must track faithfully.In contrast, in embedded systems, as long as the taskdeadline is met, appropriate speed control can be appliedto reduce its power consumption. So the best chargemanagement policy for portable embedded systems doesnot only track the load profile, but also actively reshapesthe load profile.
Recently, significant e!orts are underway to design fuelcells for the portable consumer electronics market wherethe power range is the order of 1 to 100 W. Fuel cellsfor portable applications are being built by many com-panies, including Casio (Japan), Motorola (US), Nokia(Europe), Samsung (Korea), etc. Several operational pro-totypes based on DMFCs have been reported, includinga sub-one W power unit by Motorola [1], a miniaturizedPEM methanol-based fuel cell with 0.5 to 20 W of powerfor powering portable telecommunication and computingdevices [7], and a 15 W unit that consists of a H2-generating fuel reformer coupled to a PEM fuel cell [2].However, most of them are designed for functional demon-stration, and no joint power optimization between the fuelcell and the embedded systems has been attempted.
3. DESIGN AND IMPLEMENTATION
3.1 The prototype
We use a room temperature, self-humidifiable, 20-cell, 20-W, 18-V open-circuit-voltage PEM fuel cell stack manu-factured by BCS fuel cell Systems [8]. The structure ofthe hybrid system is shown in Figure 4. It consists ofthree subsystems: the fuel processor, the fuel cell stack
H2
H2
H2
Fuel processor
Solution
Reactionchamber
Pressuregauge
Regulator
Pressure gauge
Purgevalve
Room temperaturePEMFC stack
in
out
Cooling fan
Air (oxygen)supply fan
Inlet temperaturesensor
Stack temperature sensor
Fuel cell stackand control
+ out
Hybrid system controller (TMS470)
Battery 1 Battery 2
MonitoringDAQ
PC
PrimaryDC-DC converter
DC out
Charge management
Optional equipments
Fuel pump
Rutheniumcatalyst
Fuel tankNaBH4
Dischargeselector
Charger
SecondaryDC-DC converters
12V
3.3V, 1.8V, etc.
Fig. 4. Schematic diagram of the fuel cell and batteryhybrid platform.
and control, and the charge management system (CMS).The fuel processor is responsible for supplying the H2. Thefuel cell stack and control subsystem consists of a PEMfuel cell stack, a microprocessor, and balance of plants(BOP) such as sensors (current, voltage, temperature andpressure), fans, pumps, solenoid valves, etc. The CMSdelivers the required power to the embedded system. Itsfunctions include discharge scheduling (discharging thefuel cell, battery or both simultaneously), and batterycharge scheduling.
The BCS PEM fuel cell stack requires 2 to 3 psig H2
pressure in the anode. When NaBH4 solution is suppliedto the reaction chamber of the fuel processor, the chemicalreaction is activated by Ru and H2 is generated. Theamount of NaBH4 delivered, determines the amount of H2
generation. Because of significant fluctuations in pressure,we use a pressure regulator to regulate the H2 pressure inthe anode, with 2 psig as the default value. Typically, aminiature gear-driven or cam-driven electric motor pumpor piezoelectric pump is used for the fuel pump. We usea micro piezoelectric pump (25 mm ! 25 mm ! 4.8 mm)with the flow rate of 7 ml/min and the power consumptionof 240 mW [9]. As 2 to 3 psig H2 pressure is formed atthe anode, a similar amount of O2 pressure is requiredat the cathode. While a piston- or a diaphragm-typeair compressor is used for high-pressure fuel cell stackoperation (> 4 psig) that has an O2 channel, here we usea blower fan to deliver O2 since the cathode of the BCSPEM fuel cell stack is exposed to outside (convicting airtype) without a channel.
The e"ciency of the fuel cell stack is dependent onthe temperature and so the stack temperature must bemaintained at a particular (45!C for the BCS PEM fuelcell stack) value for maximum e"ciency. Generally the fuelcell stack has less than 50% e"ciency, since more thanhalf of the chemical energy becomes heat. It is possible tocool down a fuel cell below 100 W purely with convective
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Muy importante
• Existen niveles de abstracción en los que el modelo y el sistema modelado son idénticos (isomorfos)
• El comportamiento del sistema y el del modelo son idénticos en dicho nivel de abstracción
• Item mas, en niveles menos abstractos el modelo puede aproximar con un nivel de precisión arbitrario al sistema (para la generalidad de los sistemas).
• La decision sobre que nivel de precision alcanzar es una decisión económica (evolucionaria, trade off).
El control basado en modelos
• La cognición es el mecanismo de control que permite a un cuerpo ser eficaz en un entorno
• Esta eficacia se consigue internalizando el modelo del entorno, del agente y de su relación
• El agente emplea un modelo para calcular las mejores acciones anticipando sus efectos y el valor que de ello deviene
• Estos modelos que guían la acción se mantienen actualizados por medio de la percepción: del mundo y del propio agente
El agente en el mundo
Los modelos no son sólo fotos. Son sistemas dinámicos funcionalmente equivalentes.
Modelo y ejecutor
• Un modelo es información muerta a la que se le dá la vida mediante un ejecutor.
• La pareja modelo-ejecutor es un sistema dinámico.
• Un ejecutor permite la generación de una clase definida de sistemas (los modelables en el lenguaje del ejecutor).
• P.e. redes neuronales (un aproximador universal de sistemas dinámicos estacionarios causales).
• P.e. ODEs lineales
• Por razones de eficiencia una realización puede colapsar el ejecutor y un modelo concreto en un único sistema.
Realización y Virtualización
• Algo fundamental es cómo se realiza una función
• Una función se realiza mediante la organizacion de un substrato.
• Dos realizaciones son equivalentes si generan la misma función (incluyendo todos los requisitos).
• En particular dado que las funciones cognitivas son informacionales -cibernéticas- son realizables mediante substratos informacionales (p.e. neuronas o CPUs).
• Así es posible que un ejecutor de nivel N+1 sea realizado mediante un par modelo-ejecutor de nivel N.
• Lo importante es la estructura (que es abstracta). No la realización concreta.
de un modelo arquitectónico de la
mente
PercibirSensar Modelo
Mundo
Pensar
Evaluar
Cuerpo
ActuarControlar
Objetivo
El patrón cognitivo
PercibirSensar Modelo
Mundo
Pensar
Evaluar
Cuerpo
ActuarControlar
Objetivo
El sandwich cognitivo
PercibirSensar Modelo
Mundo
Pensar
Evaluar
Cuerpo
ActuarControlar
Objetivo
PercibirSensar Modelo
Mundo
Pensar
Evaluar
Cuerpo
ActuarControlar
Objetivo
PercibirSensar Modelo
Mundo
Pensar
Evaluar
Cuerpo
ActuarControlar
Objetivo
PercibirSensar Modelo
Mundo
Pensar
Evaluar
Cuerpo
ActuarControlar
Objetivo PercibirSensar Modelo
Mundo
Pensar
Evaluar
Cuerpo
ActuarControlar
Objetivo
PercibirSensar Modelo
Mundo
Pensar
Evaluar
Cuerpo
ActuarControlar
Objetivo
PercibirSensar Modelo
Mundo
Pensar
Evaluar
Cuerpo
ActuarControlar
Objetivo
PercibirSensar Modelo
Mundo
Pensar
Evaluar
Cuerpo
ActuarControlar
Objetivo
PercibirSensar Modelo
Mundo
Pensar
Evaluar
Cuerpo
ActuarControlar
Objetivo
PercibirSensar Modelo
Mundo
Pensar
Evaluar
Cuerpo
ActuarControlar
Objetivo
PercibirSensar Modelo
Mundo
Pensar
Evaluar
Cuerpo
ActuarControlar
Objetivo
Modelos de otros
Modelos de otros
El agente se auto-modela
La falacia del “embodiment”
• La doctrina de la mente encarnada (“embodied mind”) sostiene la no-separabilidad de funciones entre niveles o fases del proceso cognitivo.
• Obviamente, el modelo NO es la realidad. Se construye exclusivamente para vehicular la acción del agente en el mundo.
• Puede haber funciones colapsadas, hibridaciones de niveles, etc., pero esto no es una condición necesaria, solo posible (p.e. cuando el sistema perceptual del grillo percibe en función de lo que sus actuadores pueden hacer).
de la toma de decisiones
¿Que es decidir?
• Decidir es evaluar qué acción de entre las posibles nos acerca más al objetivo
• Esto supone:
• anticipar (predecir con el modelo) el efecto de las acciones (o calcularlas con un modelo inverso) y
• reconfigurar el agente en base a estas evaluaciones (este es el papel del sistema emocional)
• No existe el libre albedrío (en su interpretación común). La decisión depende funcional y necesariamente del estado del mundo (incluyendo al agente).
¿Donde están lo errores?
• 3+ estados de cosas
• El estado objetivo
• El estado real medido por los sensores
• El estado predicho por el modelo
• Estados contrafácticos
• Todas las diferencias entre estos estados son relevantes y se emplean para modificar comportamiento. Importantes:
• Perseguir reactivamente un objetivo
• Corregir el modelo
del “yo” ejecutivo
Jerarquía del control
Planta
Las decisiones ejecutivas se producen a todos los niveles
El modelo del agente en la cima
Cuerpo
La decisión ejecutiva final
se produce en el nivel mas
alto
El yo y la infalibilidad
• El “yo” es el modelo del propio agente.
• Es multiple, distribuido e integrado.
• El “yo-modelo” de la cima es el substrato de la autoconsciencia
• Sobre la percepción de quién es “yo”:
• “no soy yo el que mueve mi brazo”
• “no soy yo el que mueve mi libro”
del papel del lenguaje
¿Qué es el lenguaje?
• Es un mecanismo de externalización de los modelos
• Los modos -indicativo, interrogativo, etc- indican clases de interacciones
Sin embargo hay modelos inaccesibles al sistema del lenguaje.
Marx observa (y percibe) una llave inglesa
Marx escucha (y percibe) una llave inglesa
“llave inglesa”
Lenguajes técnicos
Permiten la externalización no ambiguaPermiten extender la mente
de la capacidad empática
Empatía
Usamos nuestro propio modelo y los mecanismos asociados, en el modelado e interacción con otros
de algunos conceptos básicos
FIlosofía de la mente
• “Philosophy of mind is the branch of philosophy that studies the nature of the mind, mental events, mental functions, mental properties, consciousness and their relationship to the physical body, particularly the brain.“
Problema mente-cuerpo
• El problema mente-cuerpo no es un problema sino una solución: conseguir comportamiento teleológico en entornos inciertos.
• Obviamente, no existe el dominio de lo mental sino como realizaciones físicas de procesos cibernéticos.
• El homúnculo se reduce a un proceso cibernético mas abstracto.
• Bye, bye dualism !
Conocimiento
• El conocimiento pasa de ser “justified , true belief” a “explicit partial world models” (o en palabras de Dretske “information driven belief”).
• Y lo que es claro es que no sirve de nada sin los ejecutores apropiados.
• Como dijo Box “all models are false; some are useful”.
Intencionalidad
• En el sentido de Bretano
• El bucle de interacción del agente con el mundo define la relación entre los componentes del modelo (contenido mental) y los entes del mundo (sus referentes).
Libre albedrío
• No existe tal cosa
• Todo este modelo es causal y determinista (pudiendo obviamente tener comportamiento caótico que es perfectamente determinista).
• Obviamente hay formas de incoportar funciones (modelos) de aleatorización que mejoren la interacción con entornos con incertidumbre.
Consciencia
• Actualización continua del modelo del mundo a través de la percepción.
conclusiones
Conclusiones
del modelo entorno-cuerpo-mente de Beer a la virtualización, el mundo de matrix y el mundo de lo mental
“los ogros tienen capas”
El asunto que nos ocupa
mente cuerpo
A igualdad de entorno y comportamiento ...... ¿que papel juegan el cuerpo y la mente?
Conclusión final
• Tanto el cuerpo como la mente pueden introducir limitaciones y capacidades.
• Pero, dada una región de comportamiento físico permitida por un cuerpo, el conseguir un comportamiento concreto dentro de esa región se puede hacer indistintamente añadiendo cuerpo o añadiendo mente.
• P.e. un grillo robótico solo necesita un cuerpo con a) suficiente movilidad X-Y y b) ancho de banda y direccionalidad acústica en la banda de su pareja. El resto se puede hacer con mente encarnada, con redes neuronales o con un Pentium o con chicle. Da igual.