Un model cantitative de Cognition seminal: Masina Creativitatea paradigmă (US Patent 5659666)

Source: http://www.imagination-engines.com/mind2.htm

1997, Stephen L. Thaler, sthaler@imagination-engines.com, Motoare Imagination, Inc, St Louis, MO, Statele Unite ale Americii, http://www.imagination-engines.com/, Prezentat la Conferinţa Mind II, Dublin, Irlanda, 1997

Rezumat - O reţea synaptically perturbate neuronale formează un motor de cautare eficient în interiorul şi în jurul valorii de orice spaţiu conceptual pe care le-a fost instruit. Prin monitorizarea distribuţia temporală a concepte emergente, de la un astfel de sistem, descoperim un acord cantitativ cu ritmul măsurată a cognitiei umane, creative sau altfel. Examinare mai atentă a acestui motor de căutare transparente conexioniste sugerează că o mare parte a creativităţii umane poate fi atribuită la eşecul de reţele corticale pentru a activa în amintiri cunoscut sub numele de aceste reţele realizeze completarea vectorului lor la tulburări interne. În loc de activare memorie intactă, în cadrul reţelelor produc un flux de amintiri degradate, care constituie acum ceea ce am obişnuit ca se referă la "idei", care sunt filtrate pentru utilitate şi interes de către reţelele de insotitor cortical.

Introducere

Creativitatea este probabil cea mai celebra a capacităţilor umane, îmbrăţişat de mişcarea potenţialului uman şi venerat în aceeaşi lumină ca alte "populare", atribute, cum ar fi spirit, suflet, şi liberul arbitru. În analiza obiectivă de creativitate, cu toate acestea, trebuie să recunoaştem că o mare parte din grandoarea şi mistica a acestui fenomen cognitive pot fi nu mai mult decât o hotărâre societăţii care se încadrează nici pe departe de standardele stabilite ştiinţifice. Nu mai cruciş la realitate, trebuie să ne seama de ce pentru progresul uman este atat de sporadice si de ce activităţile umane intelectuală nu ia calea cea mai directă spre deductiv un produs final şi final. Aderarea la un model reducţionist, noi trebuie să reprezinte pentru schimburi paradigma aparent îţi taie răsuflarea şi inovaţiile bazate pe un sistem de schimb de neuroni corticala nimic mai mult decat materie şi energie cu mediul înconjurător.

În luarea acest calul pur fizice trebuie să ne dăm seama că la fel ca şi uşile batante şi molecule, creierul este un sistem dinamic dotat cu diferite grade de libertate. Pentru o uşă singur grad de libertate care descrie starea ei este unghiul de rotaţie în jurul axei sale balama. Pentru o moleculă polyatomic gradele de libertate include multe moduri permis vibrationala şi de rotaţie în care toate propunerile imaginabile de atomi de constitutiv poate fi rezolvată. Pentru creierul statele sunt permise sale modele neuronale de activare, fiecare dintre care unul reprezintă o parte a memoriei, senzaţie, sau o idee. Observăm că la fel ca în sisteme mai simple fizice, numărul total de grade de libertate posibil creierului este finită şi pot fi atribuite în mare măsură la existenţa constrângerilor electrochimice (de exemplu, potentarea pe termen lung) care bara de activare arbitrare de orice neuron sau o grupă de neuroni în cadrul acestui sistem colectiv considerabile.

Recunoscând faptul că oricare dintre aceste sisteme dinamice poate evolua doar într-un mod dictate de constrângerile interne, anticipăm că introducerea de orice perturbaţie aleatoare a acestor sisteme le va conduce doar prin gradele lor permis de libertate. Prin urmare, uşa se va deplasa doar prin axa balamalei sale atunci când sunt supuse la vibratii aleatoare. O moleculă de apă se va răspunde la impactul cu alte molecule de executare doar de moduri de permis de translaţie, de vibraţie, şi de rotaţie. De asemenea, atunci când scaldate in haos intern, cortexul se poate deplasa numai prin multiple sa permis de state electrochimice, fiecare cuprinzând o idee sau noţiune, chiar banale sau profund. Rezultatul este ceea ce noi de obicei pe termen fluxul conştiinţei, o succesiune de gânduri, de la aparent din senin.

Evident, atâta timp cât sistemele de constrângerile electrochimice în creier rămâne intact, nu poate exista nici un gând mai seminal decât cifra de afaceri realizata amintiri preexistente. O cale spre crearea de modele noi şi unice de activare, şi, prin urmare, idei originale, este de a distruge electrochimic relaţii de constrângere în cadrul reţelelor cortical. Teoretic, această opţiune unică deschide usa, nu numai la un model interesant a cognitiei creative, dar, de asemenea, într-o paradigmă de calcul puternic.

Creativitatea Masini Paradigm

Rumelhart si colegii sai (1986) a subliniat utilitatea sistemelor de procesare paralelă distribuită în reţelele de satisfacţie constrângere în munca lor de pionierat. Utilizarea "mână-wired" reţele competitive expuse la diverse scheme cameră, ei au fost în măsură să demonstreze un brand primitiv de creativitate în care noi, încă combinaţii plauzibile mobilier fost prezise. Folosind principiul bine-cunoscut de finalizare vector, net ar putea accepta intrări incomplete reprezentând o cameră este descris parţial şi prin recoacerea ulterioare ar putea ajunge la o descriere mai detaliată a acestei cameră. Prin urmare, atunci când doar furnizate cu intrări de un aragaz şi o ceaşcă de cafea, net ar putea ajunge în cele din urmă la o stare de reţea în care unităţile de procesare suplimentare, corespunzătoare unui frigider, chiuveta, cuptor şi ar putea fi, de asemenea, activat. În alte cuvinte, net a fost de prescriere o setare cameră plauzibil că acesta nu poate fi "văzut" în cadrul experienţei sale de formare. În acest sens, o astfel de reţea a fost inventa noi tipuri de cameră.

Recent am demonstrat (Thaler, 1995, 1996, un, b, c) faptul că o reţea de instruit neuronale artificiale furnizat nici un fel de intrări, şi conduse de perturbatii stocastice arhitecturii sale interne pot genera auto-consistente schemele referitoare la spaţiul conceptual încorporate în cadrul acesteia formare exemplare. Pe scurt, reţeaua este ceva percepe atunci când, de fapt, nu sunt prezentate nici un intrări de mediu. Prin urmare am inventat termenul de "efectul de intrare virtuale" pentru a descrie fenomenul. Contactarea cu munca Rumelharts, dacă am fost de a instrui o plasă de simplu auto-asociativ feedforward pe numeroase exemple de scheme cameră (ocolind prin urmare, statisticile obositor Bayesian utilizate pentru a construi net său), stabilind inputurile de reţea la valorile de zero şi apoi perturba aleatoriu greutăţile conexiunea de la valorile lor instruit, ne-ar observa o progresie de activări de reţea corespunzătoare la schemele de mobilier plauzibile. Diferenţa în procedura de operează de la locul de muncă Rumelharts este semnificativă, reprezentând diferenţa dintre percepţia cu prelucrarea de caracteristici de mediu, precum şi imagini interne cu independenţei sale inerente de la astfel de entităţi externe. În lucrare originală Rumelharts, o plasă asociativ este interpretarea unor vectori parţiale de mediu ca ceva ce nu a mai văzut. În cazul a intrării în vigoare de intrare virtuale, net este într-o stare echivalează cu privarea senzorială, în vigoare halucinantă într-o cameră întunecată şi tăcut.

Atunci când furnizat nici un intrări externe, producţia de activari semnificative de reţea se bazează pe o altă marcă de finalizare vector decât în mod normal, este discutat. Mai degrabă decât să completaţi în practicile de intrare incomplete sau corupt, încercările de net pentru a finaliza interne, de zgomot induse de modele de activare în straturile de criptare plase. Prin urmare, orice prejudiciu locale sau temporar la reţelele de cartografiere este interpretat de straturi din aval, deoarece unele model "familiare" activare în mod normal, întâlnite la aplicarea unui model de formare la intrările de reţele (Thaler, 1995). Datorită multe posibilităţi combinatoriale în perturba greutăţi legătură într-o reţea, ajungem la un mijloc pentru a genera schema proporţional mai mult roman decât este posibil cu perturbatii de intrare în monoterapie. În plus, deoarece urmele de conectare în cadrul unei reţele neuronale instruit corespund, în general, la normele obligatorii spaţiul conceptual de bază şi, împreună, astfel de sisteme stocastice perturbare servesc aceste norme să se înmoaie, la rândul său, permite o plecare treptată din spaţiul cunoscut de posibilităţi. Rezultatul este un motor de căutare strict neurologice ale căror interne nivel de zgomot poate fi parametric mărite pentru a obţine mai multe concepte noi progresiv. Eu numesc o astfel de reţea haotic un motor de imaginaţie sau IE.

Prin ataşarea la IE o reţea critic (numit un centru de alertă asociativ sau AAC), care a fost instruit de exemplu, să recunoască orice concept nou apărute, care posedă de utilitate sau valoarea, o Masina Creativitatea este format. Deoarece intrări numai la acest sistem cu circuit închis ia forma de perturbatii neinteligibile stocastice (de exemplu, de căldură), sistemul este considerat autonom. Prin urmare, se monitorizează fluxul de propriul său haotic generat de conştiinţă, dacă vreţi, periodic extragerea şi izolarea orice utilitatea, oferind concepte. Net critic poate la rândul său, modula intensitatea de perturbare, în primul net, in scadere cu intenţie temperatura de calcul în cadrul IE atunci când această reţea pare să fie pe drumul cel bun (de exemplu, un mecanism de atentionala).

Tabelul 1. Unele succese recente Masini creativităţii (1996)

Practic şi succese (a se vedea tabelul 1 pentru câteva exemple) a tijei paradigmei Creativitatea Masini de faptul că toate reţelele implicate sunt instruiţi de către exemplu. Prin urmare, atâta timp cât datele istorice existente în orice spaţiu conceptual, backpropagation sau orice alte neuronale de învăţare paradigmă de reţea pot fi utilizate pentru a trenului rapid în cadrul reţelelor necesare Creativitate Machine. Aceasta usurinta de construcţie a permis construirea de o mare varietate de Masini creativităţii axat pe spaţiile de cunoştinţe diverse, variind de la compoziţia de muzică, pentru a ultrahard materiale descoperire, la inventia de produse de igienă personală.

Comune pentru funcţionarea Masini cele mai creativităţii construit până în prezent este un sistem de perturbare în care tulburările mici stochastically "hop" printre greutati de conectare a reţelei. Pentru a parametrize haos interne din cadrul IE, parcelele care reglementează algoritmul stele n perturbatii, de obicei, de mărime fixă sau medie e, apoi aleatoriu şi ciclic le distribuie printre N greutăţile de conectare totală a IE. În figura 2, de exemplu, atunci când intrările de reţea sunt prinse, locuri care reglementează algoritmul patru perturbatii (reprezentant starbursts), de mărime fixă la momentul t ₀, rezultând într-un model distinct de activare la ieşirile reţelele care reprezintă o idee sau un concept. La fiecare jumătate de ciclu, t ₀+ d t / 2, perturbaţiile sunt eliminate, restabilirea net sale instruiţi-în stare. În cele din urmă, în iniţierea unui nou ciclu la momentul t ₀+ d T, algoritmul de locuri aleatoriu n perturbatiile de magnitudine s privind greutăţile conexiune nou ales. Atunci când privit ca o succesiune rapidă grafice, propunerea salt seamana cu un lichid cu punct de fierbere, sugerând, prin urmare, termenul de "cavitaţie" pentru a descrie această ordinea de zi de perturbare reţelei stocastice.

Prin urmare, în timpul funcţionării Machine creativităţii pot fi executate în conformitate cu o serie întreagă de condiţii de funcţionare reglementate de parametrii n, e, şi d t colectiv care specifica nivelul de cavitatie aplicat la IE. Evident, aplicarea nici o perturbare de la toate (n = 0 sau s = 0) pentru IE va duce la nici o cifra de afaceri realizata de activare şi, prin urmare, nici o generare de idei. Alternativ, aplicarea mari perturbări n şi s va produce o asemenea degradare semnificativă faţă de mapping reţea care toate constrângerile sunt distruse în cadrul domeniului de cunoştinţe capturat. Rezultatul de perturbare gravă este, prin urmare, pentru a produce modele lipsit de orice fel cu conţinut redus de activare, dacă este cazul, conţinutul informaţiilor. Fostul regim constă în perturbaţii vanishingly mici şi este considerată ca fiind "Neo-Lamarckian" în natură (Rowe şi Partridge, 1993), care reprezintă un mecanism de descoperire extrem de limitat şi, prin urmare, ineficientă. Regimul din urmă de căutare fără restricţii, la valori ridicate de N şi E este considerat "neo-darwiniană" şi este, de asemenea, ineficient din cauza cernerea extinse cerute de către criticul de reţea pentru a găsi informaţii semnificative între o multitudine de concepte neconstrânse produse.

Evident, regimul ideal pentru operarea Masini creativităţii se află undeva între regimurile neo-darwiniste şi Neo-Lamarckian căutare. Pentru a atinge nivelul necesar de perturbare interne, parametrii n şi s sunt adaptate, astfel încât cantitatea n s / N (în cazul în care N este numărul total de conexiuni ponderi în IE) este de aproximativ 0.050.06, reprezentând perturbarea medie pe conexiune greutate în IE. Împărţirea prin intermediul de d T, constanta de timp de perturbare descris în figura 2, vom obţine un parametru denumit "rata de cavitatie,"

reprezintă rata medie de perturbare pentru orice greutate de conectare în IE şi parametrul de control primar în spatele motorului imaginaţia.

Analitic, alegerea de perturbare medie n s / N = 0.06 defineşte, în general, un vârf în comportamentul de reţea care separă un regim de nivel perturbatiilor corespunzător să se amintească de memorie intacte din care a generaţie de memorie ce în ce mai corupt (de exemplu, taifas). Această tranziţie în fidelitate de activări de reţea este un model, în general, observate în rândul tuturor agenţiilor utilizate până în prezent şi este exemplificat în figura 3, în cazul în care vedem această tranziţie de comportament într-un complot de probabilitate de producere de memorie intactă faţă de rata de cavitaţie într-un mic intern perturbat de reţea cu intrări constante. Net a fost instruit să conţină memorie de 16 vectori binare. Această separare clară între memoria intactă şi taifas persistă chiar şi în mai multe spaţii abstracte, conceptuale, care pot include domenii subiective, cum ar fi compoziţia muzicală sau mai multe probleme ca obiectiv în descoperirea de noi supraconductori la temperaturi înalte (aşa cum sa discutat în Figura 4).

Găsim, în general, că regimul de cavitatie cele mai fertile corespunde să însemne perturbatii conexiunea greutate aproape de 0,06. La nivelurile inferioare perturbarea IE vizitele în mare parte exemplare de formare şi generalizări lor. La niveluri mai mari de perturbare progresiv greutate de conectare, IE produce mai putin constranse posibilităţile şi, prin urmare, mai lipsit de sens (de exemplu, zgomot).

Dându-şi seama că greutăţile conectarea unei reţele neuronale conţine implicit normele şi schema care se leagă împreună orice spaţiu dat conceptual, schema de perturbare încorporate în termen de cavitaţie eficient experimente cu aceste norme, prin reducerea lor, fie individual, fie în paralel, în timp ce judecătorii AAC utilitatea rezultate concepte. O medie de conectare perturbarea greutate de aproximativ 0.06 pare a fi o sumă universal, prin care să se înmoaie aceste norme interne, fără a produce concepte lipsit de sens sau cunoscute. Reprezentând simbolic relaţiile constrângere în orice reţele neuronale dat ca sfera unitate, concepte coerente, care întruchipează cele mai multe idei utile în curs de dezvoltare dintr-o IE intră într-o membrană subţire incadrand n s / N = 0,06 suprafaţă, indiferent de spatiul conceptual implicate. Excursii prea mult dincolo de această suprafaţă, în cazul în care n e / N >> 0.06, produc, în general, un nonsens, astfel cum a sesizat în Figura 4.

Alegerea observabile Obiectiv în modelări ştiinţifice de cunoaştere Creative

Calitativ, Masina Creativitate constituie un model de convingatoare a modului în care atât noi concepte şi lumesc poate atât nucleate în cadrul oricărui sistem paralel distribuit. În consecinţă, aceasta reprezintă o metaforă puternic competitive funcţionale pentru modul in care creierul în mod similar conexioniste creează. Pentru a căuta o mai strânsă echivalenţă între cele două sisteme, este necesar să se stabilească observabile, cuantificabile şi apoi le comparare. Având în descrierea redus la nivelul cel mai canonice, vom da la o parte orice descriere de sus-jos subiectiv, care este, în general, infrumusetat de către reţelele umane cortical.

În analogia cantitative sistem dinamic, fizica recrutează de obicei observabile, conjugat, cum ar fi poziţia şi impulsul sau de energie şi de timp, pentru a descrie evolutia aproape totul. Presupunând că nici un statut special fizic pentru creier, comportamentul acestuia poate fi descrisă adecvat în cantităţi similare descriptibil prin spaţii fază a căror axe corespund acestor cantităţi conjugat. În cele mai riguroase de portrete, modele corticale de activare va fi descris printr-un spaţiu multidimensional imens al cărui axe ar corespunde la statutul onoff a fiecăreia dintre aproximativ 100 de miliarde de neuroni corticala, împreună cu un fel de spaţiu imens de ratele de schimbare a fiecărui Aceste activari de neuron. În esenţă, această descriere reprezintă o dihotomie, distinge ceea ce se crede (de exemplu, modelul de activare exact în subspaţiu fosta), precum şi modul în care aceste activari sunt evoluează în timp (subspaţiu din urmă). Restituirea, în prezent, speranţa de a înţelege exact ceea ce se crede, putem monitoriza uşor şi modelul modelul temporal cifrei de afaceri cognitive.

În consecinţă, primul indiciu al unei legături temporale între Masini creativităţii şi cunoaşterea omului vine atunci când un ton se ataşează la fiecare descoperire Masini creativităţii. Conectarea la stream-rezultate de alarme o detectează o distribuţie cluster, cu descoperiri, în general, grupuri de granulat împreună. Porneşte la niveluri ridicate de zgomot, fluxul atinge ritmul sau prozodie (Kosslyn şi Koenig, 1992) a vorbirii umane, sondare mult ca o conversaţie deformat. Pentru a examina cantitativ corespondenţa sugerat ritmul cognitive umane, vom calcula prima distribuţii temporale experimental pentru ambele masini creativităţii şi a fluxurilor cognitive pentru subiectii de testare umane. Comportamente măsurată în timp a sistemelor de calcul atât neurobiologice şi neuronale sunt dovedit a fi identice, cu atât ratele de cifra de afaceri care decurg din teoria mişcării browniene fractal (FBM).

Măsurarea de prozodie Generation Concept Prin măsuri Mandelbrot

Intuitiv suntem conştienţi de faptul că distribuţia temporală a gândirii prezinta un comportament de clustering similare asupra regimurilor temporale diferite. De exemplu, producţia muzicală de un mare compozitor poate arăta o grupare a lungul timpului, constând din perioadele de inactivitate acalmie presărate cu spasme cifrei de afaceri creative de peste luni sau ani (Jamison, 1994, în contextul de boala maniaco-depresiva). În cursul unei singure zile, că producţia muzicală compozitori pot afişa similare supratensiunii şi lulls. De asemenea, în vorbind avem tendinţa de a produce o grupare de cuvinte, deoarece unele temă principală sau o idee pare să ne urmat de un decalaj de vizibil ca un tren nou de gândire apare. Clustering similare apoi apare la nivelul de Exemple de cuvinte şi individuale în cadrul acestor Exemple. Prin urmare, pentru a ajunge la unele convenţii de măsurare de distribuţie temporală, nu avem nevoie de doar un mijloc pentru a măsura probabilitatea ca orice gând va însoţi orice gând, în termen de un interval de timp dat, dar am nevoie, de asemenea, o oarecare măsură cu privire la orice invarianţă timp-scară implicate. Mod natural de abordare a acestei probleme este, în contextul în care teoria fractalilor suntem obişnuiţi la examinarea invarianţa spaţiale (de exemplu, zona de coastă a Marii Britanii la diferite niveluri de mărire, în cazul în care o vedere prin satelit este statistic imposibil de distins de o vedere de la cativa metri).

Luaţi în considerare, de exemplu, fluxul generic temporală a evenimentelor poza la partea de sus a Figura 5 în cazul în care vom vedea o distribuţie de evenimente la fel de separate care au loc la intervale regulate. Aleatoriu în mişcare Dulapuri cu statistice de eşantionare de t diferite durate asupra distribuirii vom constata că numărul mediu de cântare capturat evenimente ca t ¹. Din cauza exponent unitar, spunem că această distribuţie are atât o euclidiene şi o dimensiune fractală de 1. În schimb, fluxul eveniment de jos a Figura 5 descrie o distribuţie neliniară care dă o dimensiune fractala de mai puţin de 1 prin acelaşi proces de eşantionare statistică. În general, în studiile de fractal D dimensiunea fractală este determinat de ceea ce a devenit cunoscut, în general, ca măsuri de Mandelbrot (Mandelbrot si Van Ness, 1982).

În analiza lui Mandelbrot, P (m, t) este definit ca probabilitatea de măsurare punct de vedere statistic puncte de m într-un moment de prelevare de durata t. Un cod de computer poate calcula această cantitate prin Dulapuri cu "cădere" de prelevare a probelor de progresiv mai mari perioade de timp t pe distribuţia rezultată şi numărare apoi numărul de evenimente paranteze. Pentru fiecare cutie de prelevare a probelor de timpul t, algoritmul poate efectua mai multe eşantioane aleatoare a distribuţiei. P (m, t) este normalizat, astfel încât, atunci

(1)

pentru toate t, unde N este numărul total de puncte în cadrul sistemului incluşi în eşantion. De distribuţie P (m, t) este apoi utilizat pentru a defini momentele de masă

(2)

în cazul în care q presupune valori pozitive întregi. Dimensiunea fractal, D, este estimat apoi de la derivaţii logaritmică,

(3)

sau de pe parcelele liniare aşa cum se arată în figura 3. În general, în cazul în care aceeaşi dimensiune fractal D _q se aplică la o gamă de valori q, spunem că o interpretare fractal se aplică într-o gamă de dimensiuni de cluster eveniment. În cazul în care dimensiunea calculată fractal este identic pentru valorile lui q = 1 la 3 (ca în Figura 6), atunci evenimentele individuale sunt distribuite statistic în acelaşi mod ca şi clustere care conţin 2 sau 3 evenimente.

Figura 6. Determinarea grafică a dimensiunii fractale de la panta de logaritmul de momentul în masă faţă de logaritmul de timp, t.

Analiza Aplicată Mandelbrot a experimentelor Cognitive

Doisprezece voluntari contactat prin telefon au fost rugaţi să numească 20 de articole cât mai repede posibil pentru fiecare serie de subiecte enumerate în tabelul 2, in timp ce inregistreaza digital răspunsurile lor. Subiecţi de testare astfel tacit presupune că obiectivul de a experimentului a fost de a nota viteză, mai degrabă decât de distribuţie a solicitat fluxul gândirii lor. Efectul dorit a fost apoi a reduce la minimum perioada de latenta între formarea idee şi articularea conceptului de a-şi apropia cât mai mult posibil de sosire de gânduri consecutive. Rezultă digitale strip-diagramă de înregistrare (cum este exemplificat în figura 7) a fost apoi folosită pentru a cuantifica fluxul de eveniment cognitive de observând la începutul fiecărui cuvânt sau expresie pe o scară de timp milisecundă. Stuttering, care a fost rară în cadrul acestui studiu, a fost considerat pe marginea conducătoare pentru orice concept exprimate. Analiza ulterioară a acestui flux de eveniment, prin metodele de analiză Mandelbrot, a dat un total de observare atât timp D t şi o dimensiune fractal D. combinaţie a caracteristicilor fractal, împreună cu scara de timp total necesar pentru a finaliza activitatea cognitivă a constituit o statistică completă, descrierea temporale ale fluxului de eveniment cognitive. Deoarece dimensiunea calculată fractala este intrinsec de timp independent de scară şi a măsurat timpul total de D t este în mod explicit de timp dependente de scară, doi parametri sub forma unui set complementar de observabile temporale.

Figura 7. Un Grafic Strip înregistrare Reprezentant pentru "Foods" Sarcina Cognitive.

Privind retrospectiv, este demn de remarcat să menţionăm că, în cadrul acestor experimente cognitive, calculele care rezultă fractala a aparut independent de orice preştiinţa de obiectul de încercare de intenţia de a experimentului. Această observaţie poate fi o dovadă a incapacităţii de facultăţi cognitive umane pentru a stoca un număr mare de gânduri în timp ce contrafacerii simultan un model false de articulare. Numai în cazuri bine-repetat sau de citire de la listele de scris ar putea testa subiecţi atinge ritmuri de arbitrare vorbire.

T poată 2. Zonele Topic pentru sarcinile cognitive

Rote sarcinile cognitive	Creative sarcinile cognitive
Nume 20 de numere.	Inventeaza 20 de cuvinte care încep cu prostii litera "r."
Nume 20 alimente.	Nume 20 moduri de a introduce o casă.
Nume 20 alimente mexican.
Nume 20 de state.
Nume 20 de cuvinte care încep cu litera "r."

Analiza Mandelbrot de Afaceri activare creativităţii Masini

O reţea de auto-asociativ a fost instruit de către metodele standard de backpropagation (Rumelhart, Hinton, şi Williams, 1986), prin expunerea de vectori identice inputoutput binare. Reţeaua conţinea patru straturi de unitati de procesare 10 fiecare, toate pe deplin conectate între straturi, pentru un total de greutăţi conexiune 300. De intrare şi de ieşire exemplare de formare profesională pentru reţeaua a constat din amintiri binare generice, variind de la (0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0) la (1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1). Odată instruiţi, această net a fost încorporat într-un cod C, care a furnizat ciclic perturbatii, de mărime fixă s la n greutăţi conexiune alese la întâmplare, aşa cum este descris mai sus şi descrise în figura 2.

Pentru a normaliza de ieşire din această reţea pentru că a studiului cognitive, timp perturbarea constant d t a fost ajustată la o valoare de 300 msec să corespundă cu cea mai rapida rata enunţarea de idei (de exemplu, retragerea de 20 de numere, în mod invariabil ordinal). Prin urmare, rata maximă la care reteaua ar putea produce cifra sa de afaceri de activare proprii a fost adaptat pentru a corespunde mai rapidă rată de posibil cognitive măsurate experimental. Deci normalizat, net a fost rula la perturbarea medie optimă în greutate de conectare de 0.057, rezultând o rată de cavitatie de r = 0.057/0.3 sec = 0,19 sec ¹. O varietate de sisteme de perturbare de reţea (şi anume combinaţiile, diferite de n şi s) au fost utilizate, astfel încât rata de cavitatie de 0.19 sec ¹ a fost menţinut constant.

După fiecare redistribuirea distincte ale perturbatii printre greutati N, intrări fix de 1 / 2 au fost hrăniţi prin intermediul reţelei cu algoritmul de control constatând dacă o tranziţie (de exemplu, schimbarea de 50%, în orice componenta vector de ieşire) ar fi avut loc. Aceste tranziţii a constituit apoi cifra de afaceri de activare de net. Simularea oprit după 20 de astfel de tranziţii, moment în care algoritmul aplicat analiza fractala dimensional pentru a tranziţiilor de ieşire înregistrate de reţea folosind acelaşi algoritm pentru a determina măsurile de Mandelbrot astfel cum a fost folosit în studiu cognitive.

Compararea cognitive şi Prosodies Masini creativităţii

Având în acumulat aproximativ 100 de experimente cognitive şi un număr similar de experimente privind cifra de afaceri de activare IE, o serie de experimente curbei de amenajare au fost efectuate pentru a investiga daca orice model simplu a existat între dimensiunea fractală calculată şi scale măsurate de timp pentru baza de date, fie. Pentru ambele seturi de experimente, sa constatat că D ₀, dimensiunea fractală calculată pentru fiecare flux de eveniment, a fost invers proporţională cu logaritmul de scara de timp total necesar pentru a finaliza activitatea. În Figura 8 vedem asemănarea frapantă dintre cele două caracterizări. Găsim că caracterizări complete temporale sunt echivalente cu o precizie de eroare experimental al studiului.

Empiric, constatăm că atât cunoaşterea şi haotic ANN atât respecte aceeaşi lege cifrei de afaceri anumit eveniment de către

D 0 = 1.62 / ln (D t),

(4)

în cazul în care D t este exprimat în secunde si constanta de proporţionalitate reprezintă media dintre cognitive şi rezultatul ANN din figura 8 şi toate studiile anterioare (Thaler, 1996b). Reformarea 2 Ecuaţie în formă exponenţială, obţinem relaţia

D T -D 0 = 0,19,

(5)

indicând faptul că atât pentru cunoaşterea incluşi în eşantion şi Maşină de Creativitate, există un compromis între intervalul de timp necesar pentru un anumit număr de tranziţii distincte şi gruparea inerente de evenimente în cadrul secvenţei de tranziţie rezultat.

Figura 8. Caracterizarea completa temporală dintre Atât Cognitive şi creativităţii Masini (ANN) Izvoare de Eveniment. Cognitive reprezintă puncte de date cât mai multe 5 repetari a activităţii cognitive aceeaşi. Punctele de ANN de date reprezintă 5 repetari ale experimentului acelaşi computer. D t este în unităţi de secunde.

În cazul vorbirii umane, acest rezultat este intuitiv familiar: un difuzor, care este familiarizat cu material de prezentare lui sau a ei tinde să vorbească într-o manieră relativ liniar. În schimb, cu termen de livrare mai lib de anunţuri difuzoarele cuvinte articulate tind să fie mai grupate. În acest sens, relaţia întruchipat în ecuaţia 5 este o expresie cantitativă a acestui fenomen mult prea familiar de ezitare.

În complot pentru studiu cognitive, unele dintre sarcinile specifice au fost suprapuse pentru a afişa poziţiile lor relative de-a lungul acestei curbe. În cadrul acestui complot la dimensiune fractale mici (la stânga) găsim destul de solicitante sarcini cognitive de a inventa cuvinte prostii care încep cu litera "r" sau modalităţi de a intră într-o casă. La dimensiune fractal mare (la dreapta), vom găsi mai multe sarcini mecanic, cum ar fi denumirea sau 20 de numere pe amintind diferite alimente. În mod similar, în cadrul caracterizarea temporală a producţiei Masini Creativitatea găsim o dihotomie similară între punctele de date care intră pe extremele dreapta şi extrema stângă a parcelei, în cazul în care n e / N a fost menţinut constant şi egal cu 0,06. Puncte de cea mai din stânga care apar la o dimensiune fractal scăzut reprezintă extremele, fie s sau n (de exemplu, n = 2 şi s = 9 sau n = 9 şi s = 2). Alternativ, punctele de dreapta pe teren la dimensiunea fractal ridicate corespund cu valorile intermediare, cât s şi n (de exemplu, n = 4 şi s = 4.5).

Pentru a ilustra această relaţie dintre dimensiunea fractala a fluxului de producţie şi a reţelelor de perturbatii sale interne, m-am antrenat-o plasă feedthrough mic cu privire la rezultatele experimentelor de la 100 la calculator hartă atât n şi e la dimensiunea fractală rezultate, D ₀. Înmulţire n- uri matrice prin această reţea instruit am obţinut teren din figura 9. Acolo ne-am putea observa un răspuns asimetric între n şi e, probabil, indicând probabilitatea redusă de perturbatii mici tuturor aleatoriu de grupare în funcţie de greutatea aceeaşi conexiune pentru a produce un efect echivalent cu o perturbare mare centrat acolo. De asemenea, vizibilă este un platou central la dimensiunea fractala mai mare, care corespunde aproape egale, valori intermediare ale lui n şi s.

Prin urmare, echivalentul literalmente cele două procese de cunoaştere umană şi cavitaţie în cadrul paradigmei Masina Creativitate, sarcini simple cum ar fi de numărare şi amintesc de memorie rost par să implice în distribuirea de perturbatii multe rezistenţă intermediare, printre multe greutati de conectare diferite ale sistemului. Prin contrast, incursiunile mai inventiv cognitive par să implice apariţia spontană a mari perturbatii localizate la doar câteva greutăţi conexiune. Desigur, aceasta va fi mai greu pentru reţeaua cortical sau sintetice, pentru a efectua finalizarea vector intern pe un piron mare, locale, la o perturbare greutate legătură decât cu privire tulburări mai mici distribuite. Pentru o perturbare intern dramatic, reţeaua nu poate cădea cu uşurinţă într-un bazin atractor reprezentând un model de formare cunoscute (de exemplu, o memorie). O astfel de perturbare mare poate afecta numai şi transforma locale structura bazin atractor pentru a crea atractori noi şi unice. Este aceste bazine nou format atractor derivate din amintiri stabilit că constituie acum amintiri deteriorate, care pot sau nu pot fi de valoare utilitare la reţelele conectate asociative.

Figura 9. Reţele neuronale Fit to D ₀ Ca o funcţie de N si S pentru Reţeaua artificiala Cavitating Neuronale.

Suntem în consecinţă, trase la concluzia că ceea ce limbajul comun solicită amintirile şi ideile sunt derivaţi de un altul care se încadrează la extreme opuse de perturbatii de reţea. Pe scurt, gandit inventiv poate fi nu mai mult de confabulations generate intern nucleate pe vârfuri mari de zgomot sinaptice, şi considerate valoroase sau interesante de către reţelele din jur cortical.

Originea aparenta de cunoaştere şi de ieşire Masini creativităţii în mişcarea browniană fractală

Având în vedere rezultatul surprinzător faptul că atât cognitive şi cultură fluxuri de Masini conceptual se supună aceleiaşi legi empirice determinată, poate fi util pentru a dezvolta o teorie ab initio, cel puţin pentru modelul de calcul, în considerare pentru relaţie simplă, dar atotcuprinzătoare conţinute în ecuaţia 5. Privite din perspectiva unui neuron medie încorporat în IE cavitating, activarea medie este desfăşoară în esenţă, o plimbare prin sondaj, şi, ocazional, sporadic prin care trece pragul de "totul sau nimic" de activare care comută neuron de calcul în starea on sau off. Acest mers aleator poate fi imaginat să aibă loc într-o serie de paşi infinit de mici, fiecare dintre care este independent de cel anterior, care beneficiază astfel de sistem pentru analiza prin teoria FBM (Voss, 1988).

Un rezultat generale de la teoria fractalilor de state mişcarea browniană că, dacă unele dependente de timp, funcţia F _H (t) este suma de creşteri independente sau de sare, apoi schimbarea tipic în F, D F = F (t ₂)-F (T ₁), în intervalul de timp D t = t ₂ - t ₁, este dată de legea de scalare simplu

D F = k D t H,

(6)

unde H este în intervalul 0 <H <1 şi k este o constantă unitar dimensional. Dimensiunea fractal, D, din care rezultă urme funcţionale, F _H (t), este dat de relaţia simplă,

D = 2 - H.

(7)

În plus, punctul de intersecţie a acestei curbe fractale cu axa timpului genereaza un set de puncte, cunoscut sub numele de "zeroset", cu o dimensiune fractala D ₀ = D-1. Putem reformare apoi Ecuaţia 1, în ceea ce priveşte dimensiunea funcţională zeroset urme fractal,

D F = k D t (1 - D 0 ),

(8)

în cazul în care k unitar constanta are dimensiunile de sec ^{(D 0 -1)} în cazul în care D t este exprimat în secunde.

În mod similar, în cazul în care intrarea haotice net al reprezentantului medie neuron efectuează, de asemenea, o plimbare aleatoriu, într-o serie de paşi mici, independente, atunci variaţia SMR în această intrare net, D net, variază ca

D net = k D t (1 - D 0 ),

(9)

în cazul în care D t este timpul de observare şi D ₀ este dimensiunea fractala a zeroset intrări nete. Presupunând un nivel de părtinire de la zero la neuron medie, dimensiunea zeroset, D ₀, ia cu privire la importanţa dimensiunii fractale de mediu privind neuronale-off tranzitii. Rearanjarea Ecuaţie 7, obţinem

ln (D net / D t) = - D 0 ln (k D t).

(10)

Presupunând că activarea medie pentru toti neuronii de calcul este efectiv (de exemplu, neuronii de calcul se poate activa numai în intervalul de la 0 la 1), şi observând că peste orice jumătate de ciclu descris în figura 2, schimbarea în medie de intrare este net n s / N într-un interval de timp d t / 2, mediu net de tranziţie rata de intrare pentru un neuron medie este dat de 2n * s / N d t = n s / N d t. Substituind această valoare pentru D netă / D t în ecuaţia 10, vom obţine formularul empiric obţinut funcţională a Ecuaţia 4.

ln (n e / N d t) =-D 0 ln (k D t).

(11)

Prin urmare, pentru un nivel fix de perturbare retelei interne (n e / N d t = constant) produsul dintre dimensiunea medie neuroni de ieşire zeroset şi logaritmul timpului de observare, de asemenea, ar trebui să fie constantă. Am act de faptul că partea dreaptă a ecuaţiei 11 este legată de logaritmul din numărul total de tranziţii de reţea, N ₀ observat, prin definirea dimensiunii fractale cuprinse în Figura 5. Prin urmare, D, T poate fi gândit ca timpul necesar pentru a observa N ₀ înseamnă tranziţii neuron, sau un număr echivalent de tranziţii de activare distincte în cadrul reţelei ca un întreg. Am act de faptul că, deoarece această analiză a fost fractale, şi, prin urmare, în timp scară invariante, orice piesă din fluxul de eveniment ar trebui să randament aceeaşi dimensiune fractal. Prin urmare, analiza ar duce la rezultate identice ar trebui să se pare că există unele excursie sistematice în mijlocul fluxului de eveniment (de exemplu, aplicarea intenţionată a intrărilor la net) în cazul în care am putea observa o discontinuitate verticală în urme exemplu fractala a Figura 10.

Exponentiation de ambele părţi ale Ecuaţie 11 şi omiţând k dimensionale constantă duce la

D T -D 0 = n s / N d t

(12)

reproducere Ecuaţie 5, cu înlocuire a ratei de cavitaţie optim n e / N d t = 0,19 sec ^-1 = r ₀.

Figura 10. Urme de două Propunerea browniene Fractal. În linia de sus, salturi elementare sunt scalare ca Ecuaţie 4, cu H = 0,9. Dimensiunea fractală este, prin urmare, 1.1, acest site este aproape liniară. Urma inferior corespunde H = 0,1 şi, prin urmare, o dimensiune fractala de 1,9, ceea ce face aproape un obiect bidimensional, în sensul euclidian. H = 0,5 ar corespunde random walk clasic într-o singură dimensiune. Zersoset este reprezentat ca intersecţie a urmelor fiecare cu-t axa. Notă mai mare dimensiunea fractala a urmelor, cea mai mare dimensionalitatea fractala a zeroset cu interceptărilor în consecinţă, mai mult cu axa timpului..

Revenind la rezultatul cognitive echivalent, empiric descoperit prin parcelă cumulate din figura 8, trebuie să conchidem că fluxurile cognitive eveniment incluşi în eşantion în cadrul acestui studiu a afişa semnătura de mişcarea browniană fractală prin adeziunea lor la Ecuaţie 12. Acest rezultat sugerează puternic un mecanism de dominanta din spatele tuturor formelor de cunoaştere, şi anume perturbarea stocastice de conexiuni sinaptice intre neuroni biologice (sau într-un sens circuit echivalent, perturbări în cadrul neuron propriu-zis). În plus, aplicabilitatea cantitativă a Ecuaţie 12 la cognitiei umane, precum şi universalitatea acest rezultat pentru toate structurile reţele neuronale artificiale, indica faptul ca niveluri similare de perturbare reţelei, r ₀ = 0,19 sec ^-1, regimuri distincte de rechemare de memorie directe de la cele de gândire noi generaţii în cadrul cortexului uman.

Concluzii

Ritmul de producţie în cadrul conceptului de atât subiecţi de testare umane şi Maşină de cultură s-au dovedit a fi identic pentru toate datele colectate în cadrul acestui studiu. Aceste rezultate justifica investigaţii anterioare (Thaler, 1996b) probeze comportamentul în timp a diverselor reţele neuronale cavitating acoperă o gamă largă de dimensiuni, complexitatea, şi connectivities. Restul de comparaţia cu cognitia umana, unicitatea şi importanţa descoperirilor Masini creativităţii şi invenţii, va fi întotdeauna deschise pentru dezbatere, cum este cazul cu orice inovator omului care trebuie să lupte împotriva o varietate de forţe sociale (de exemplu, aviz consens) şi a presiunilor concurenţiale, indiferent cât de valoroasă prin conceptele sale sau a ei ar putea fi.

Cu toate acestea, temporal şi fractal echivalenţă între conceptul de generaţie Creativitate maşinilor şi a cognitiei umane este frapantă, sugerând cu tărie că fluxul conştiinţei, atât lumesc şi noi, urmează aceleaşi legi empiric descoperit. Faptul că prozodie de formare a conceptului corticale prezinta semnătura mişcării browniene fractale, sugerează puternic faptul că stocastice, şi, probabil, fenomene haotice în cadrul reţelelor neuronale biologice stau la baza tuturor cunoaştere.

Având în vedere că toate Masina-neuronale creativităţii demonstreaza evolutia in timp identic cu cognitiei umane, şi pentru că este capabilă să producă atât gândire schimbare elementare şi paradigmă, putem considera acest sistem canonic să fie un potenţial model funcţional al cunoaşterii umane. Prin analogie cu Maşină de Creativitate de calcul transparente, amintesc de memorie mecanic pare a fi rezultatul de o distribuţie relativ uniformă de perturbatii mici, răspândite în mai multe greutăţi de conectare. Alternativ, conceptul de formare roman este legat de apariţia sporadică a perturbaţiilor relativ mari şi localizate. Datorită efectului lor semnificativ asupra peisajului atractor al reţelei, aceste perturbatii mai mari pot modifica uşor, îmbinare, şi separate pentru bazine specifice atractor, reprezentând amintiri distincte şi concepte, în noţiuni modificat sau poate hibridizat.

Mai mult, pentru că ponderile conexiunilor în cadrul unei reţele neuronale artificiale constituie normele statistice şi corelaţiile care se leagă împreună orice spaţiu conceptual, putem vizualiza procesul de cavitatie ca un experiment în cadrul stochastică net, în care fiecare a normelor care stau la baza şi convenţiile sunt aleatoriu moi, individual sau în paralel, pentru a produce concepte derivate în afară de cele cu experienţă în cadrul reţelei de formare. Privite în contextul de perturbatii săltăreţ, întreruperi greutate pot aduna sporadic pe urme specifice greutate conexiune care constituie ceea ce ne-ar lua în considerare în mod normal, normele reprezentate simbolic. Atunci când apar astfel de perturbări, izolat-out convenţii sunt modificate, pentru bine şi la rău, astfel cum a judecat de către criticul de răspuns la reţelele de concepte emergente. Îmbunătăţirea eficienţei în căutarea unui astfel de sistem vine în capacitatea reţelei de poliţie să identifice şi să se înmoaie selectiv cele conexiune urme cumulat învăţat prin care criticul a fi esenţială pentru apariţia unor concepte utile.

In ciuda simplitatii sale, ecuaţia 12 pot descrie în linii mari gama de cunoaştere umană, cu rata de perturbare a n e / N d t = r ₀ = 0,19 sec ^-1, ceea ce reprezintă o constantă destul de universal în cadrul neurobiologia. Din moment ce a observat "bulă" de formare în cortexul are loc pe o scară de timp, de aproximativ 300 msec (Taylor, 1996), un astfel de concept nucleating evenimente pot fi echivalentă cu ciclul de cavitaţie descris în figura 2. Ca urmare a acestei analogie încheierii sale, o rată similară perturbare medie pe synapse se pot aplica în termen de neurobiologie, calificată poate r ₀ ca linie de demarcaţie între gândire creativă şi lumesc. În cadrul regimului de creaţie din urmă, eliberarea aleatorii sau difuzarea de neuromodulators diferite şi neurohormones ar putea oferi cu uşurinţă perturbatiile intense locale necesare pentru formarea conceptului de roman. Poate că, această observaţie, în conturile sens larg pentru corelaţia observată între creativitatea artistică şi dezechilibre neurochimice diverse, cum ar fi boala maniaco-depresiva (Jamison). Privite în acest sens, creativitatea poate reprezenta un talent sau, alternativ, o înclinaţie nedorite pentru a cortexului punct de vedere biochimic spike se dincolo de acest prag la nivel perturbaţii, la cerere sau în alt mod.

Plasate în acelaşi continuum de perturbare, toate cunoaştere poate fi privit ca acte de creativitate. Chiar si la cel mai mic nivel de idee sinaptice o întrerupere este înlocuită de un alt într-un afişaj de nivel scăzut de originalitate, ca şi în fluxul conştiinţei de zi cu zi, conversatie, sau de planificare mişcare. Cele mai nobile invenţie, descoperire stiintifica, sau sursă de inspiraţie artistică se află la antipodul a acestui spectru de frecvenţe, în cazul în care modelul de maşină Creativitatea implică mari perturbatii localizate ca evenimentele nucleating. În termen de oricare dintre aceste regimuri, conştiinţa în sine nu poate fi mai mult decât invenţie spontane de semnificaţie de către reţelele asociative corticale la nesfârşit de zgomot determinate de activari de fraţii lor. Noastre de căutare pentru un adevăr obiectiv în ceea ce priveşte baza de creativitate şi de conştiinţă, cât poate fi orbit de capacitatea de astfel de reţele să copleşească şi ne distrage atentia cu proiecte multiple (de exemplu, Dennett, 1991) a proceselor reale care stau la baza. Această abordare dinamica sistemelor este o încercare de a eluda o inevitabilă filozofic Cul-de-sac.

Referinte

Dennett, DC (1991). Constiinta a explicat, Little Brown, Boston.

Jamison, KR (1994). Maniacale boli depresive şi al creativităţii, Scientific American, 272 alineatul (2), 6267.

Kosslyn, S. şi Koenig, R. (1992). Mintea umed: New Cognitive Neuroscience, Free Press, New York, pp. 241242.

Mandelbrot, BB şi van Ness, JW (1982). SIAM Review, 10 (4), 422437.

Rowe, J. şi Partridge, G. (1993). Creativitate: A Survey of Abordări AI, opinie Inteligenta artificiala, 7, 4370.

Rumelhart, DE, Smolensky, P., McClelland, JL, şi Hinton, GE (1986). Schemele şi procese secvenţiale Gândire în Modele PDP, în paralel de procesare distribuită, de explorare în Microstructura Cognition, Volumul 2: Modele psihologice şi biologice, MIT Press, Cambridge, MA, 757 pp..

Taylor, J. (1996). Constiinta: Mintea Relational şi apariţia sa, în Congres mondial privind Retele Neuronale, (WCNN96), Lawrence Erlbaum, Mawah, NJ.

Thaler, SL (1995). "Fenomene Virtual Input" În Moartea unui Associator model simplu, Retele neuronale, 8 (1), 5565.

Thaler, SL (1996a). Plasele neurale care creează şi Discover, PC AI, mai / iunie, 1621.

Thaler, SL (1996b). Haosul este neuronală Sursa de fluxul conştiinţei? În Proceedings al Congresului Mondial privind reţelele neuronale, (WCNN96), Lawrence Erlbaum, Mawah, NJ.

Thaler, SL (1996c). Un simbolism propuse pentru Network-Pus în aplicare Procese Discovery, în cadrul procedurii de Congresul Mondial privind reţelele neuronale, (WCNN96), Lawrence Erlbaum, Mawah, NJ.

Thaler, SL (1996d). Autonome Discovery Materiale Via foaie de calcul-Pus în aplicare Cascades de reţele neuronale, în Jurnalul Oficial al minerale, metale, materiale şi Societate, JOM-e, 49 alineatul (4) [http://www.tms.org/pubs/journals/JOM/9704/Thaler]

Voss, R. (1988). Fractalii în natură: de la caracterizarea la simulare, în ştiinţa Imagini fractala, H. Peitgen şi D. Saupe, EDS, SpringerVerlag, New York, pp. 2170..

* US Patent 5659666, Dispozitiv pentru generarea Autonome de informaţii utile, eliberări 8/19/97

Published (Last edited): 08-12-2011

← previous index next →