Higher-order thoughts in action : Consciousness as an unconscious re-description process

Peer reviewedPostprin

The use of emotions in the implementation of various types of learning in a cognitive agent

Les tuteurs professionnels humains sont capables de prendre en considération des événements du passé et du présent et ont une capacité d'adaptation en fonction d'événements sociaux. Afin d'être considéré comme une technologie valable pour l'amélioration de l'apprentissage humain, un agent cognitif artificiel devrait pouvoir faire de même. Puisque les environnements dynamiques sont en constante évolution, un agent cognitif doit pareillement évoluer et s'adapter aux modifications structurales et aux phénomènes nouveaux. Par conséquent, l'agent cognitif idéal devrait posséder des capacités d'apprentissage similaires à celles que l'on retrouve chez l'être humain ; l'apprentissage émotif, l'apprentissage épisodique, l'apprentissage procédural, et l'apprentissage causal. Cette thèse contribue à l'amélioration des architectures d'agents cognitifs. Elle propose 1) une méthode d'intégration des émotions inspirée du fonctionnement du cerveau; et 2) un ensemble de méthodes d'apprentissage (épisodique, causale, etc.) qui tiennent compte de la dimension émotionnelle. Le modèle proposé que nous avons appelé CELTS (Conscious Emotional Learning Tutoring System) est une extension d'un agent cognitif conscient dans le rôle d'un tutoriel intelligent. Il comporte un module de gestion des émotions qui permet d'attribuer des valences émotionnelles positives ou négatives à chaque événement perçu par l'agent. Deux voies de traitement sont prévues : 1) une voie courte qui permet au système de répondre immédiatement à certains événements sans un traitement approfondis, et 2) une voie longue qui intervient lors de tout événement qui exige la volition. Dans cette perspective, la dimension émotionnelle est considérée dans les processus cognitifs de l'agent pour la prise de décision et l'apprentissage. L'apprentissage épisodique dans CELTS est basé sur la théorie du Multiple Trace Memory consolidation qui postule que lorsque l'on perçoit un événement, l'hippocampe fait une première interprétation et un premier apprentissage. Ensuite, l'information acquise est distribuée aux différents cortex. Selon cette théorie, la reconsolidation de la mémoire dépend toujours de l'hippocampe. Pour simuler de tel processus, nous avons utilisé des techniques de fouille de données qui permettent la recherche de motifs séquentiels fréquents dans les données générées durant chaque cycle cognitif. L'apprentissage causal dans CELTS se produit à l'aide de la mémoire épisodique. Il permet de trouver les causes et les effets possibles entre différents événements. Il est mise en œuvre grâce à des algorithmes de recherche de règles d'associations. Les associations établies sont utilisées pour piloter les interventions tutorielles de CELTS et, par le biais des réponses de l'apprenant, pour évaluer les règles causales découvertes. \ud ______________________________________________________________________________ \ud MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : agents cognitifs, émotions, apprentissage épisodique, apprentissage causal

Computational and Robotic Models of Early Language Development: A Review

We review computational and robotics models of early language learning and development. We first explain why and how these models are used to understand better how children learn language. We argue that they provide concrete theories of language learning as a complex dynamic system, complementing traditional methods in psychology and linguistics. We review different modeling formalisms, grounded in techniques from machine learning and artificial intelligence such as Bayesian and neural network approaches. We then discuss their role in understanding several key mechanisms of language development: cross-situational statistical learning, embodiment, situated social interaction, intrinsically motivated learning, and cultural evolution. We conclude by discussing future challenges for research, including modeling of large-scale empirical data about language acquisition in real-world environments. Keywords: Early language learning, Computational and robotic models, machine learning, development, embodiment, social interaction, intrinsic motivation, self-organization, dynamical systems, complexity.Comment: to appear in International Handbook on Language Development, ed. J. Horst and J. von Koss Torkildsen, Routledg

Active inference, evidence accumulation, and the urn task

Deciding how much evidence to accumulate before making a decision is a problem we and other animals often face, but one that is not completely understood. This issue is particularly important because a tendency to sample less information (often known as reflection impulsivity) is a feature in several psychopathologies, such as psychosis. A formal understanding of information sampling may therefore clarify the computational anatomy of psychopathology. In this theoretical letter, we consider evidence accumulation in terms of active (Bayesian) inference using a generic model of Markov decision processes. Here, agents are equipped with beliefs about their own behavior--in this case, that they will make informed decisions. Normative decision making is then modeled using variational Bayes to minimize surprise about choice outcomes. Under this scheme, different facets of belief updating map naturally onto the functional anatomy of the brain (at least at a heuristic level). Of particular interest is the key role played by the expected precision of beliefs about control, which we have previously suggested may be encoded by dopaminergic neurons in the midbrain. We show that manipulating expected precision strongly affects how much information an agent characteristically samples, and thus provides a possible link between impulsivity and dopaminergic dysfunction. Our study therefore represents a step toward understanding evidence accumulation in terms of neurobiologically plausible Bayesian inference and may cast light on why this process is disordered in psychopathology

How active perception and attractor dynamics shape perceptual categorization: A computational model

We propose a computational model of perceptual categorization that fuses elements of grounded and sensorimotor theories of cognition with dynamic models of decision-making. We assume that category information consists in anticipated patterns of agent–environment interactions that can be elicited through overt or covert (simulated) eye movements, object manipulation, etc. This information is firstly encoded when category information is acquired, and then re-enacted during perceptual categorization. The perceptual categorization consists in a dynamic competition between attractors that encode the sensorimotor patterns typical of each category; action prediction success counts as ‘‘evidence’’ for a given category and contributes to falling into the corresponding attractor. The evidence accumulation process is guided by an active perception loop, and the active exploration of objects (e.g., visual exploration) aims at eliciting expected sensorimotor patterns that count as evidence for the object category. We present a computational model incorporating these elements and describing action prediction, active perception, and attractor dynamics as key elements of perceptual categorizations. We test the model in three simulated perceptual categorization tasks, and we discuss its relevance for grounded and sensorimotor theories of cognition.Peer reviewe

Relational Representations in Reinforcement Learning: Review and Open Problems

This paper is about representation in RL.We discuss some of the concepts in representation and generalization in reinforcement learning and argue for higher-order representations, instead of the commonly used propositional representations. The paper contains a small review of current reinforcement learning systems using higher-order representations, followed by a brief discussion. The paper ends with research directions and open problems.\u