Martin V. Butz,
Oliver Herbort and Gerulf Pedersen
DFG
BU 1335 / 3-1
When an animal or human is conceived and eventually born, it initially
faces a most fundamental learning problem: the control of its own body.
Since initial development is generally autonomous, this control problem
needs to be solved unsupervised. The ideomotor principle in cognitive
psychology suggests that control is gained by inversely activating
sensorimotor contingencies, which are learned during initially random
body and environment exploration. Neuroscience suggests that these
contingencies are embedded in various modular, multimodal body spaces
that integrate sensory and motor information purposefully to behave
efficiently and goal-directed. The aim of this project is to develop
artificial cognitive learning systems based on these principles. We
strive for a conceptualization of the minimal requirements to develop
the highly plastic cognitive structures and the flexible and adaptive
behavioral capabilities observable in animals and humans. The most
important computational methods used to accomplish this task will
comprise neural self-organizing systems, adaptive filtering, and
Bayesian information processing. The general objectives of this project
are three-fold: (1) Identify the mechanisms and structures necessary to
develop unsupervised, sensorimotor grounded body spaces and consequent
behavioral patterns observable in animals and humans. (2) Exploit these
representations to develop artificial cognitive systems that exhibit
new levels of adaptability, flexibility, and robustness. (3) Put
forward testable hypotheses on how biological neural structures may
emerge and how these structures efficiently control behavior and
cognition.
Titel:
Sich selbst
entwickelndes, adaptives Verhalten in künstlichen kognitiven
Lernsystemen basierend auf selbstorganisierenden, sensomotorischen
Körperwelten [Self-developing adaptive behavior in artificial
cognitive learning systems based on self-organizing, sensorimotor body
space representations]
Zusammenfassung:
Das Lernen der Kontrolle des eigenen Körpers, das schon im
Mutterleib beginnt, kann als die erste fundamentale Herausforderung
während der Entwicklung von Tier oder Mensch angesehen werden.
Dieses Kontrollproblem muss völlig autonom gemeistert werden. In
der kognitiven Psychologie beschreibt das ideomotorische Prinzip eine
mögliche Lösung. Die inverse, zielbasierte Aktivierung von
sensomotorischen Kontingenzen, die zunächst durch zufällige
Bewegungen aufgebaut werden, scheint unser Verhalten zu kontrollieren.
Die Neurowissenschaft seinerseits hat herausgefunden, dass diese
Kontingenzen in multiplen, internen, multimodalen Körperwelten
eingebettet sind, die sensorische und motorische Informationen so
integrieren, dass sie effektiv und zielgerichtet genutzt werden
können. Dieses Projekt schlägt die Entwicklung von
künstlichen kognitiven Systemen vor, die nach diesen Prinzipien
funktionieren. Es sollen die minimalen Voraussetzungen ausgemacht
werden, die nötig sind, um hochgradig anpassungsfähige,
adaptive Systeme sich selbst entwickeln zu lassen.
Dabei soll die Flexibilität des Verhaltens von Tieren und Menschen
zumindest in Teilbereichen erreicht werden. Zur Realisierung des
Vorhabens sollen unter Anderem sich selbstorganisierende neuronale
Netzwerke, adaptive Filtermethoden und Bayessche
Informationsverarbeitung zum Einsatz kommen.
Insgesamt hat das Projekt drei übergeordnete Ziele: (1) Es sollen
die Mechanismen und Strukturen identifiziert werden, die zur
selbstkontrollierten Entwicklung von sensomotorischen Körperwelten
und flexiblen Verhalten notwendig sind, wie bei Tier und Mensch
gefunden. (2) Die sich selbst entwickelnden Strukturen sollen genutzt
werden, die Flexibilität, Adaptivität und Robustheit der
künstlichen kognitiven Systeme zu verbessern. (3)
Überprüfbare Hypothesen sollen aufgestellt werden, wie sich
biologische neuronale Strukturen bilden und wie diese Strukturen
kognitive Prozesse und motorisches Verhalten effizient kontrollieren.
22.01.2008