Aula 1 - Unicamp

Símbolos em criaturas biológicas e
artificiais
João Queiroz
Dept. Computação e Automação (UNICAMP)
Dept. Biologia (UFBA)
comunicação
?
linguagem
cognição
representação
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


C.S.Peirce


arquitetura filosófica, categorias,
semiótica
etologia


contexto, problemas, comunidades,
metodologias [e.g. sintética]
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 comparativoevolucionários?
• 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
Abordagem computacional

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

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
livremente
 os parâmetros que definem os
padrões de eventos simulados
 a arquitetura das criaturas
 as leis que regem o
comportamento dos objetos no
ambiente
Diversas vantagens
isolar e variar cada parâmetro
isoladamente
 associar diversas variações, combinálas 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
 Predadores

• Terrestre

, Aéreo
e Instrutor
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
DR2
• aprendizado Hebbiano
• ciclos positivos e negativos
• auto-organização

Memórias de trabalhos
 repositório temporário de
estímulos
• persistência de estímulos
DR1
DR1
Associação de eventos:
fase indexical
a
?
a
a
A vocalização do alarme dirige a atenção do aprendiz para o
predador provocando fuga específica.
Associação de eventos:
fase simbólica
a
!
a
a
Quando a associação alarme-predador tem valor alto, o aprendiz
foge especificamente ao ouvir o alarme mesmo não vendo o
predador.
Playback
a
a
!
Ao simular a reprodução do alarme por um altofalante, sem a
existência de um predador, o aprendiz também fugirá.