Sciences session 3

(1)

An introduction to Cognitive Sciences

session 3

Pierre De Loor

[email protected]

(2)

What is Enaction ?…

Uh, autonomy ?

(3)

Paradigms in cognitive science

cognitivism connexionism enactivism

(4)

Maturana

 the most basic mystery of our human life: language and cognition as biological phenomena

 What is cognition?

 What is ‘to know’?

 What is that which we distinguish when we make a distinction?

 And What is it to make a distinction?”

Pierre De Loor - Introduction to cognitive

H. Maturana, “Reflections on My Collaboration with Francisco Varela,”

Constr. Found., vol. 7, no. 3, pp. 155–164, 2012.

66 2017

(5)

Historical

biologie autonomie

co-émergence

neuroscience 1986-1995 :

Auto-organisation du système immunitaire.

épistémologie phénoménologie

(6)

Le vivant : Autonomie et complexité [Varela,1989]

Vivant Autonomie

Autopoïèse Cellule

Pierre De Loor - Introduction to cognitive sciences

(7)

La théorie de l'autopoièse

• Un système autopoiétique est organisé

comme un réseau de processus de production de composants qui

– régénèrent continuellement le réseau qui les a produit

– constituent le système en tant qu'une unité

concrète dans l'espace où il existe

(8)

Autonomy and structural coupling

• Autopoiesis [Autopoiesis and Cognition: The Realization of the Living Varela &

Maturana (1980)]

• Cognition = Life [Cognition = Life : Implications for higher-level cognition.

Behavioural Processes, Stewart (1996)]

catalyst substrate

generation

repair hole

membrane

(9)

Artificial autopoiesis

Rosen Varela/McMullin Beurrier, Ferber Manac’h, De Loor

(10)

De l’autopoièse à l’action

• La cellule est infiniment plus complexe.

• Ses interactions avec l’environnement peuvent provoquer des déformations et des mouvements.

• Ces mouvements peuvent favoriser l’autopoièse (améliorer sa viabilité).

• L’interaction amène la connaissance (cognition).

(11)

Exemple de cognition au niveau biologique

• Bactéries

– régulation interactive

– comportement

conditionné par

l'environnement

(12)

Généralisation

• De la cellule à l’organisme multicellulaire

• Du corps au système nerveux

• Du système nerveux à la cognition de haut niveau [von Foerster]

• Une formalisation : la clôture opérationnelle [Varela]

(13)

La clôture opérationnelle

• Tout processus constituant le système est

conditionné par au-moins un autre processus du système

• La relation de clôture définit l'identité

• Un système autonome est composé de processus qui

génèrent et maintiennent de façon active l'identité

(14)

Abstract autopoiesis

 Pierre De Loor, Kristen Manac’h, and Alexandra Fronville. Simulation of abstract autopoietic machine. In 10th European Conference on Artificial Life (ECAL), 2009

 Nomura, T. (2001). Formal description of autopoiesis based on the theory of category. Advances in Artificial Life.

(15)

Un système

Un système autonome

(16)

Complexification

(17)

Co-évolution

(18)

Walk as the way

(19)

From coupling to meaning

• Récursivity

• Emergency enaction of a world that is brought forth through a history of coupling.

• Externalism

(20)

« Embodied cognition »

 Conceptualization : Concepts depend on the body

 Replacement : An organism’s body in interaction with its environ- ment replaces the need for

representational processes thought to have been at the core of cognition.

 Constitution : The world and body play a

constitutive (rather than merely causal) role in cognitive processing.

 A lot of ramification: Embodied psychology, Embodied neuroscience, Embodied linguistic, Memory as dynamical systems ...

Shapiro, L. (2011). Embodied Cognition, Jakub Ryszard Matyja. Travelling in Style from Standard Cognitive Science to Embodied Cognition. ConstruCtivist,

2017

82

(21)

ENACTION AND NEUROSCIENCE

(22)

Le cerveau engendre de l’ordre et du chaos

(23)

Vers une approche dynamique du fonctionnement cérébral

 Fluctuations, chaos, désordre / Auto- organisation

 Système multi-échelle

 Qui créé du sens ...

(24)

Un système autonome composé de sous- systèmes qui interagissent

Small worlds inside big brains

Olaf Sporns and Christopher J. Honey

PNAS | December 19, 2006 | vol. 103 | no. 51 | 19219-19220

(25)

Hypothèse : Le noyau dynamique

Un amas fonctionnel de groupe neuronaux qui constituent

ensemble, pendant quelques millisecondes, un processus

neuronal unifié de grande complexité (Varela 1999)

(26)

Point de vue enactif

Les états mentaux dépendent de la manière dont les processus mentaux sont plongés dans le contexte somatique et sensorimoteur de la vie de l’organisme

Système nerveux Couple

Sensori moteur

Environnem ent

Perturbations

effets

Module la dynamique

Génère des corelas neuronaux

(27)

(28)

(29)

Exemple

(30)

(31)

Epilepsie

Fonctionnement cérébral chaotique

(32)

(33)

SENSORIMOTOR INVARIANTS ...

(34)

Examples

(35)

Constructivist perspective

 Sensorimotor invariants :

 Occur during interaction agent/world to improve agent success

 « produce » one stable reality (cognitive homeostasy)

 Participe to a behavioral ontogenesis

Stability /

Values

(36)

And in a simulator ?

Capteur de 50-0

# Moteur gauche Capteur de 50-0

# Moteur droite

motors

sensors

(37)

Abstraction - Generalisation

• Memory = process

• No localisation

 Perceptions

reinforce sequences

that correspond to

invariant at some

time levels

(38)

Artificial dynamical cognition : the temptation of dynamical systems

• Continuous Timed Recurrent Neural Networks

 





 ^N

j

i j

j ji i

i

i y w y I t

dt dy

1 ) ( )

 (



(39)

CTRNN Properties

• No representations

• Interaction = perturbations

• Resistancy

• Novelty

• Regularity

(40)

Disturbance of a CTRNN

Ikegami, T., & Suzuki, K. (2008). From a homeostatic to a homeodynamic self. Bio Systems, 91(2), 388–400.

doi:10.1016/j.biosystems.2007.05.014

(41)

Behavioral Ontogenesis

• Coupling by guidance

• From exafference to efference

• Sensorimotor invariant evolution

(42)

Ontogenetic agents

P. De Loor, K. Manac’h, and P. Chevaillier, “The Memorization of In-Line

Sensorimotor Invariants : Toward Behavioral Ontogeny and Enactive Agents,”

Artif. life Robot., 2014.

104 2017

(43)

Enaction and Human Machine Interaction

• Sensorimotor Turing Test

(44)

In an artistical context

• Construct a model able to mix surprise and regularity to improve engagement

• www.ingredible.fr

(45)

For data exploration

• Data presentations evolve according to the

user navigation

(46)

La constitution de L’espace

Exemple de phénoménologie : outils et corps

propre

(47)

Expérimentation sur la constitution de l’espace

• 3 ^ème personne :

– Que fait-elle ?

• 1 ^er personne :

– Qu’est ce que je vis ?

• [Lenay et al. 2005]

(48)

• 3 ^ème personne

Expérimentation sur la constitution

de l’espace

(49)

• Première personne :

– « Je ne sais pas trop « où » je suis »

– « Je sens le signal, je reviens en arrière pour vérifier, ça y est, j’y suis » – Le déplacement du point de vue permet de localiser la cible qui

permet de localiser le point de vue.

– Mes déplacements par rapport à la cible me renseignent sur ma propre spatialité (exemple : longueur de mon bras).

Expérimentation sur la constitution

de l’espace

(50)

La phénoménologie : une posture épistémologique

• Circularité du positivisme (empirisme)

Expériences

Connaissances Connaissances

Phénomène : ce qui se présente consciemment à nous.

Connaissances Essences (eidos) Husserl (1859-1938)

Expliquer comment on voit n’explique pas ce qu’est voir [Naguel 1974]

(51)

• Phénoménologie : science de phénomènes vécus

– Exemple : Comprendre la constitution des objets et de leur sens sur la base d’un flux sensoriel.

– La conscience nous cache des choses. Elle est intentionnelle [Brentano].



Comment ne pas être subjectif, établir une autre forme de certitude ? :



les réductions phénoménologiques [Husserl].

La phénoménologie : une posture

épistémologique

(52)

Phénoménologie de la perception ^De

Husserl à Merleau-Ponty

• Le corps propre :

 Permet d’agir et de sentir

 Détermination réciproque : l’aveugle connaît la longueur de sa canne par la position des objets plutôt que la position des objets par elle.

• L’action est au cœur de la perception.

• « Je connais » deviens « Je peux ».

(53)

Retour à l’expérimentation sur la constitution de l’espace

• C’est une illustration de la méthode phénoménologique

– Question : qu’est-ce que percevoir l’espace ?

– Mise entre parenthèses de la connaissance naturaliste (épochè) :

• Oublions la profondeur de champ, le parallélisme, le cortex visuel …

– Faisons varier l’expérience (réduction eidiétique) .

(54)

Extension à la reconnaissance de formes

• Lire c’est écrire

(55)

Du geste à l’oeil

• Extension de la surface du dispositif de capture (modification du corps propre)

– Reconnaissance du corps propre par le sujet lui-même.

– Le parallélisme des capteurs facilite la perception, non pas parce qu’il donnerait accès directement à la forme à

reconnaître mais qu’il serait équivalent à un mouvement déjà effectué.

•

(56)

Perception de la perception de l’autre :

la résistance

(57)

Conclusions phénoménologiques sur la constitution de l’espace

• L’espace est constitué par un engagement dynamique du corps dans le monde (rejet de l’internalisme).

• L’espace n’est ni dans le milieu, ni dans l’organisme mais dans le système de leur relation.

• Les notions d’intérieur et d’extérieur sont définies par le sujet et la limite entre les deux se négocie sans

cesse.

• L’expérience varie avec la variation du corps propre :

(58)

Parallèle avec l’énaction

La cognition, loin d’être la représentation d’un monde pré-donné, est l’avènement conjoint d’un monde et d’un esprit à partir de l’histoire des diverses actions qu’accomplit un être dans