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Tuesday, March 20, 2012

Narrative Mind and Religion / (text in Korean)

그동안 과학과 종교를 학문적으로 연결하려하여 온 Metanexus 연구소의 웹 기사 글을 오늘 새벽에 읽고 글을 만들어 보았습니다. 종교를 갖고 있는 분들에게는 좀 위험한 글입니다. 다음 사이트에서 보세요.
http://blog.naver.com/metapsy/40154980523 / [Narrative Mind and Religion] / (text in Korean)

Sunday, March 18, 2012


[Clark 교수의 글: Whatever next? 뇌, 상황지워진 agents, 인지과학의 미래]
 
 

[인지과학은 어디로 갈 것인가?]: 뇌는 expectation(예상) 교정기계이다;
  - 뇌는 bottom-up적  감각 이전에 일어나는 top-down적 예측과 이후 오류교정을 하는 기계.
[Whatever Next? Predictive Brains, Situated Agents, and the Future of Cognitive Science.]
- by Andy Clark
- To be published in Behavioral and Brain Sciences (in press)
- http://dericbownds.net/uploaded_images/Clark_preprint.pdf
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그의 Microcognition 책을 읽은 이래로 저의 지적 자극의 원천 중의 한 사람이었던 Andy Clark의 최근 글을 읽으며 지적 충격과 흥분을 받았던 글 정보를 소개합니다. 철학, 심리학, 인지과학, 신경과학, 인공지능 연구 등의 분야의 첨예한 주제나 각광을 받는 책을 중점적으로 분석하고 논쟁을 전개하는 학술지인 ‘Behavioral and Brain Sciences’에서 논쟁을 벌일 주제논문으로 Andy Clark 교수가 기고한 글, [Whatever Next? Predictive Brains, Situated Agents, and the Future of Cognitive Science] 입니다. 86쪽에 달하는 어려운 글입니다만 Clark의 입장이 맞다면 철학, 심리학, 신경과학, 인지과학, 인공지능, 로보틱스 등의 학문이 미래에 완전 재구성 되어야 하는 시사를 담고 있습니다.
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[축약 + 이정모의 개인 생각]

Clark 교수가 전개한 입장은 전통적으로 철학, 심리학, 신경과학, 인지과학, 인공지능 연구 등에서 당연한 것으로 전제하였던 바. 즉 “마음이나 인식의 작용은 외부에서 자극이 동물의 감각기관에 입력됨에서부터 출발하며, 뇌는 이 input sensory 자극의 정보적 특성을 파악하고 그에 반응하기 위해 작동하는 bottom-up driven 기계이다.”라는 관점에 대한 대안적 관점을 제시한 것이다.
 
그는 마음이나 인식의 작동은 특정 감각자극 입력에서 (등산하러 가서 특정 나무나 잎을 봄) 시작되는 것이 아니라, (1) 그 이전에 Top-down과정이 작동하여 기대(expectation) 생성이(Bayesian 확률 개념으로는 prior probability 계산) 먼저 되고(등산 예에서 바다 속이 아니라 숲속이라는 기대 맥락) (1-b)그 기대가 하나가 아니라 여러 후보 예측들(expectations)을 생성하게 된다. (2)그 다음에 감각자극이 입력되면 (3) 이 자극입력을 근거로 후보 기대들 중에서 틀린 것은 배제하고 (error-correction), (4) 가장 적절한 기대를 도출, 선택하게 되고 (5) 그에 대한 반응적 action이 환경으로 방출된다고 보는 것이다.
 
즉, expectations generation -> error correction cycles
-> final representation -> action
 
의 과정을 거치는 것이다. 따라서 뇌는 [입력자극에 대한 정보추출] 및 [반응 제어]를 담당하는 단순 신경적 기계라고 하기보다는 [expectation - error correction - action control] 싸이클을 이루어 내는 역동적 처리 기계인 것이다. 이런 기계적 과정이 전통적 계산 과정에 의한다고 하기보다는 Bayesian 확률 처리 과정의 역동적 과정에 의한다고 보기에 뇌는 일종의 여러 단계의 Bayesian 확률 처리를 이루어내는 역동적 기계라고 보는 것이다. 처리되는 것은 감각자극의 원천적raw 물리적 속성이라고 하기보다는 그것과 예측치의 차이값이라고 볼 수 있다. (dynamic predictive recoding of raw sensory inputs).
 
이러한 과정이 여러 시간적 공간적 수준에서 일어난다고 본다
(1) -> (5) 과정이 어떤 유일한 정답을 도출하는 것이 아니라 Bayesian확률 계산에 의한 결과를 내어 놓는 것이기에 시각에서 우리가 잘 아는 각종 착시 현상이 일어나는 것이며, 판단과 추리에서 Kahneman이 지적한 바와 같은 각종 biases 도 가능한 것이다.
Clark에 의하면 감각이란 것은 외적 물리적 자극에 대한 우리의 감각기관과 신경계의 신졍적 단순 반응이라기 보다는 “a process that attempts to match incoming 'driving' signals with a cascade of top-down predictions (spanning multiple spatial and temporal scales) that aim to cancel it out."
 
그런데 Bayesian 확률에서는 사전(prior) 확률을 기반으로 모든 expectation 확률 계산이 이루어진다. 그러면 이 사전확률은 어디에서 오는가? 환경에의 motor-action 관련하여 온다.(“the best way of interpreting incoming information via perception, are deeply the same as the best ways of controlling outgoing information via motor action...")
 
그렇기에 sensory 에는 motor (action) planning이 전제되는 것이며, perception, cognition, action이 시차를 두고 계열적으로 작용하는 것이 아니라, 처음부터 서로 긴밀히 협력 작동하여 (감각 단계에 이미 action 요소 개입) (심지어는 conspire 라는 말까지 사용됨)그를 통해 감각자극예측 오류를 감소시키려 하는 것이다 (minimize sensory prediction errors). (a cascade of top-down processing to generate low-level states from high-level causes).
 
“Sensory stimulation might be the minor task of the cortex, whereas its major task is to ... predict upcoming stimulation as precisely as possible.: (Muckli, L. , 2010)
이래서 “forest first, trees second” approach라고 하는 입장도 전개되는 것이다. 어떻게 보면 뇌, 몸, 환경이 혼연일체가 되어 뇌를 중심으로 “the delicate dance between Top-down and Bottom-up” 이 이루어지며 우리가 마음이 작동되고 살고 있는 것이라 할 수 있다.
 
이러한 입장에서 지각, 인지, 사고를 이야기 하자면 감각이나 지각과 인지를 구별하는 경계선은 애매하게 된다. 심지어는 그 경계선이 사라지고 없다 ("All this makes the lines between perception and cognition fuzzy, perhaps even vanishing"). 우리가 세상을 안다고 하는 것은 ‘우리가 알고 있는 바를 사용하여(prior 지식 , 확률)’ ‘여러 시공간 스케일 상에서 감각신호들을’ 설명(‘explain away') 하는 것이며... "
지각은 rational (broadly Bayesian) 과정과 분리불가하며... “Believing and perceiving, although conceptually distinct, emerge as deeply mechanistically intertwined. They are constructed using the same computational resources...'
 
그런데 우리가 세상에 대하여 아는 바(prior probability)의 도출은 그 환경상황에서 무엇을 할 것인가 중심으로 (action oriented) 이루어진다. 그러니까 지금의 sensory input이 무엇인가를 파악하는 과정에서 행위 중심의 (action-oriented) 예측들(predictions)이 -우리가 의식하지 못하는 수준에서 - 도출되기에, 현재 감각자극이 입력되면 그 것이 무엇인가가 그에 대한 어떤 행위를 할 것인가와 관련지어져서 의식 이하 수준에서 계산되고,
타당하지 않은 후보 예측들이 빠른 속도로 제거되고, 행위와 관련된 어떤 후보 예측이 계산적으로 선정되어 그것이 지각 내용이 정해진다는 의미이다. Top-down에 의해 예측된(의식 이하 수준에서) 것 중에 Bayesian 확률 계산에서 살아남은 것이 그 감각자극에 대한 지각 내용으로 결정된다는 것이다. (바로 이렇기에 수 많은 시각 착시가 존재하는 것이다).
그렇다면 감각 자극 정보 처리에 이미 운동/행위 요소가 들어가 있는 것이다. ‘감각이 우선, 행위가 후속’이라는 통상적 기존입장의 전제에 문제가 생기게 되며, 감각적 자극의 bottom-up 처리 이후에 개념주도적 Top-down 가능이라는 상식이 무너지게 되는 것이다.
 
우리가 Clark가 제시한 ‘action oriented, expectation error correction Bayesian 기계로서의 뇌’라는 입장을 수용한다면, 그동안에 이와는 다른 입장들을 지지하며 (특히 [감각자극처리 우선, 환경/행위 정보처리 후속]의 인식론적 가정을 전제하였던) 수많은 철학, 심리학, 신경과학, 인지과학. 인공지능. 로보틱스 등의 학문 틀이 재구성되어야 한다.
 
이정모의 개인적 입장에서 생각하자면, 그동안 체화된 인지, 내러티브적 마음의 입장을 전개하여 왔다. 그런데 환경상황이 어떠한 과정을 통해 인지에 구체적 영향을 주는가, 왜 마음의 기본 작용이 내러티브적인가 등에 대한 설명을 못하였는데 이 Clark의 틀은 하나의 해결 길을 보여준다고 할 수 있다.
 
[1] 체화된 인지에서 거론되는 [환경 + 몸]의 맥락 요소는 자극이 입력되기 직전에 이미 action 중심의 사전확률(prior probability) 계산 요소로서 들어와 있고 [2] 이를 고려한 Top-down 정보처리적 계산이 이루어지어서 여러 가지 expectations가 생성되고, [3] 감각 자극이 물리적으로 입력되면 [4] 이 감각자극 정보와 앞서 생성된 여러 expections 와의 차이가 error corrections 이라는 확률적 계산 과정에 의하여 계산 처리되고 [5] 그 결과 확률적 계산과 조정에 의한 선택된 후보 expectation 또는 새로 수정된 expectation 이 그 대상 자극에 대한 추론된 답 (여기에는 Helmholtz의 추론 개념이 도입됨)으로 선정되고(학률적 기계적 과정), [6] 그것이 대상 자극에 대한 지각된 바로 표상(representation)이 되고 [7] 사전확률 계산 시에 도입된 action oriented 와 관련된 action이 방출된다고 볼 수 있다.
(이정모의 해석임; Clark는 다분히는 connectionism과 병렬분산처리식의 개념들로 이 과정들을 기술하고 있다.)
 
그러면 마음이 [내러티브적 원리]에 의해 작동한다는 이정모의 주장은 Clark의 주장과 어떤 연결이 가능한가? -> 다음과 같은 speculation을 해 볼 수 있을 것이다.
 
동물이 진화하는 단계에서 진화의 생존경쟁에서 우위를 차지하는 동물들은 예측을 잘하고 그에 적절한 actions을 연결시킨 동물이었다고 하자. 하등동물은 시간-공간적 연결관계에서만 예측을 하고 행동을 하였는데, 고등동물에서는 그를 넘어 원인-결과의 인과 관계를 중심으로 예측하고(확률적 계산처리) 행동하였다고 하자. 고등동물을 넘어선 인간에게서는 단순히 원인-결과적 예측을 넘어서 더 높은 수준의 더 잘 예측을 하는 메커니즘이 발달되게 되었다고 하자. 예측을 하는 메커니즘이 계속 발달되고 정교화되어야 하는 부담을 인류가 지니게 되고 그 결과로 고도의 [예측들생성-오류교정-행위] 메커니즘을 발달시킬 수 밖에 없었고, 그런 과정에서 여러 사건들을 하나의 coherent한 줄거리로 엮는 이야기적, 내러티브적 마음이 발달될 수 밖에 없었고, 바로 그러한 고도의 예측 생성적, 내러티브적 마음 역동을 지니고 있는다는 것이 인간으로 하여금 다른 동물이 따라오지 못할 수준의 마음 메카니즘을 지니게 된 것이라고 생각하여 보자.
 
이렇게 speculation을 한다면, [체화된 인지] 틀의 주창자였으며 뇌를 [expectation-error correction]기계로 본 Clark의 글과 [mind that works according to the narrative principles]의 입장을 연결하여 볼수 있을 것이다. 이런 생각은 틀릴지도 모르며 쉽게 반증가능한 하나의 speculation에 지나지 않겠지만 이정모가 CLARK의 글에 지적 흥분을 하였던 이유가 여기에 있다.
 
하여간에, [감각자극의 input]이 출발점이 되어 먼저 bottom-up적 신경정보적 계산 처리를 한다고 생각하여온 기존의 신경과학, 철학, 심리학, 인지과학, 인공지능, 로보틱스 등의 분야들은 이 환경에의 [action-oriented multi-level Top-down & Bottom-up]적 [expectation generation and error correction like] Bayesian machine으로서의 뇌에 대한 Clark 교수의 입장에 대하여 진지한 고민을 해보아야 할 것이다.
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* 글을 급하게 축약하여 정리하고 나서 보니 난해한 구석이 많아 미안합니다.