Arquitecturas Emocionales en Inteligencia Artificial: Una Propuesta Unificadora PDF

Revista Electrónica Teoría de la Educación. Educación y Cultura en la Sociedad de la Información. http://www.usal.es/teoriaeducacion Vol. 7. Nº2. Diciembre 2006 ARQUITECTURAS EMOCIONALES EN INTELIGENCIA ARTIFICIAL: UNA PROPUESTA UNIFICADORA Las emociones pueden ser ente...

Revista Electrónica Teoría de la Educación. Educación y Cultura en la Sociedad de la Información. http://www.usal.es/teoriaeducacion Vol. 7. Nº2. Diciembre 2006 ARQUITECTURAS EMOCIONALES EN INTELIGENCIA ARTIFICIAL: UNA PROPUESTA UNIFICADORA Las emociones pueden ser entendidas de diferentes modos dependiendo de las discipli- nas desde las que nos planteemos estudiarlas (neurofisiología, filosofía, etc.). En Inteli- gencia Artificial el aspecto que interesa del estudio de las emociones es el de buscar qué tipos de requisitos estructurales son satisfechos por los estados emocionales y qué me- canismos funcionales subyacen a los procesos emotivos con el fin de reproducirlos en arquitecturas artificiales. En este artículo se hace una revisión de las arquitecturas emo- cionales más importantes a lo largo de la historia de la Inteligencia Artificial lo que permite, por otro lado, poner en evidencia el problema de las estrategias tradicionales en la implementación de modelos emocionales: En todas subyace el carácter dualista emo- ción-razonamiento que se ha asignado tradicionalmente a la cognición humana. Los trabajos más modernos en neurofisiología de las emociones han llevado a los investiga- dores en Inteligencia Artificial a mostrar un aumento de interés por el diseño de siste- mas emocionales y a plantearse nuevas arquitecturas, sin proponerse si los sistemas arti- ficiales pueden tener realmente emociones como las de los humanos, y concentrándose en cómo pueden ser reproducidas las emociones exclusivamente desde una perspectiva funcional. Finalizamos el artículo sentando las bases de una arquitectura integrada dón- de las emociones serían interpretadas cómo procesos de ayuda a la decisión y no exclu- sivamente como mecanismos de alarma. Palabras clave: Emociones, arquitecturas inteligentes y emocionales, funcionalismo neurofisiológico. 156 Manuel Bedia  Revista Electrónica Teoría de la Educación. Educación y Cultura en la Sociedad de la Información. http://www.usal.es/teoriaeducacion Vol. 7. Nº2. Diciembre 2006 UNIFYING EMOTIONS AND REASONS:A NEUROSCIENTIFIC-INSPIRED ARCHITECTURE Emotions can be explained in different ways depending on the issues we consider (psy- chology, neuroscience, philosophy, etc). In particular, from an artificial intelligence viewpoint, studying emotions is searching which structural conditions corresponds to emotional states and which functional processes underlie emotional behavior in living beings, especially in humans, with the aim of reproducing them in artificial architec- tures. This paper sets out a review of the main architectures in Artificial Intelligence and explains where are the errors and constraints in classical models: basically, a dualistic approach to understand cognition that has considered emotions and reasons as antago- nists. In the second part of the paper, is introduced the recent interest that researchers show on works about emotions that neurophysiology are involved in. In the next section it is proposed a complex architecture that allows implementing some neurophysiologi- cal features with results that generate important expectations. Finally, the paper con- cludes with a discussion about emotions and Artificial Intelligence, beyond issues of engineering, trying to understand what it means for humans to have emotional behav- iours from an adaptive approach. Keywords: Emotions, intelligence and emotional architectures, neurophysiology. Manuel Bedia 157  Revista Electrónica Teoría de la Educación. Educación y Cultura en la Sociedad de la Información. http://www.usal.es/teoriaeducacion Vol. 7. Nº2. Diciembre 2006 ARCHITECTURES ÉMOTIONNELLES EN INTELLIGENCE ARTIFICIELLE: UNE PROPOSITION UNIFICATRICE Les émotions peuvent s´entendre de différentes façons selon les disciplines d´étude (neurophysiologie, philosophie, etc.). En intelligence Artificielle, l´angle qui intéresse l´étude des émotions est la recherche des différents types de requis structurels satisfaits par les états émotionnels et les mécanismes fonctionnels sous-jacents aux processus émotifs dans l´objectif de les reproduire en architectures artificielles. Cet article pré- sente les plus importantes architectures émotionnelles définies tout au long de l´histoire de l´Intelligence Artificielle, ce qui permet de mettre en évidence le problème des stra- tégies traditionnelles dans la mise en application des modèles émotionnels. Le caractère dualiste émotion-raisonnement, assigné traditionnellement à la connaissance humaine, est sous-jacent dans toutes les stratégies. Les travaux les plus récents en neurophysiolo- gie des émotions ont conduit les chercheurs en Intelligence Artificielle à démontrer un intérêt croissant pour la définition des systèmes émotionnels et à se questionner sur la définition de nouvelles architectures, en écartant le postulat que les systèmes artificiels peuvent ressentir réellement des émotions exclusivement depuis une perspective fonc- tionnelle. Enfin, nous établirons les bases d´une architecture intégrée où les émotions seraient interprétées comme des processus d´aide à la décision et non exclusivement comme mécanisme d´alerte. Mots clés: Emotions, architectures intelligentes et émotionnelles, fonctionnalisme neurophysiologique. 158 Manuel Bedia  Revista Electrónica Teoría de la Educación. Educación y Cultura en la Sociedad de la Información. http://www.usal.es/teoriaeducacion Vol. 7. Nº2. Diciembre 2006 ARQUITECTURAS EMOCIONALES EN INTELIGENCIA ARTIFICIAL: UNA PROPUESTA UNIFICADORA Manuel González Bedia1 & Joaquín García Carrasco2 1 [email protected] 2 [email protected] 1 Departamento de Informática Universidad Carlos III de Madrid 2 Departamento de Teoría e Historia de la Educación Universidad de Salamanca 1.- INTRODUCCIÓN ¿Por qué nos interesan en la Inteligencia Artificial los sistemas emocionales? Funda- mentalmente por tres razones: 1. Existen problemas en Inteligencia Artificial para los que la aplicación de métodos clásicos no funcionan: Necesitamos herramientas de diseño más efectivas y existen teo- rías emocionales que pueden inspirar su desarrollo. [Damasio, 1996.] 2. Existen algunas teorías sobre las emociones en Neurología que necesitan aún sopor- te empírico. La implementación en modelos artificiales junto a experimentos de simula- ción pueden ser útiles para contrastar este tipo de teorías sobre comportamiento emo- cional en animales y humanos. 3. El objetivo fundamental de la Inteligencia Artificial es el desarrollo de sistemas arti- ficiales que actúen de manera similar a los humanos. Si las emociones tienen funciones biológicas importantes, como así parecen asegurarlo numerosos estudios [LeDoux, 2000.], el diseño de sistemas emocionales artificiales podrían incorporar nuevas funcio- nalidades que permitirían mejores competencias y mayor autonomía. Manuel Bedia 159  Revista Electrónica Teoría de la Educación. Educación y Cultura en la Sociedad de la Información. http://www.usal.es/teoriaeducacion Vol. 7. Nº2. Diciembre 2006 2.- UN REPASO DE LAS EMOCIONES DESDE EL ENFOQUE DE LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL En este artículo nos proponemos presentar las distintas concepciones que se han ido planteando sobre las emociones a lo largo de la historia, y también las estrategias emo- cionales más representativas que, en el contexto de la Inteligencia Artificial se han des- arrollado desde la década de los setenta hasta la actualidad. A continuación, relaciona- remos las hipótesis implícitas en el diseño de tales sistemas con los principios de dife- rentes teorías emocionales en áreas como la Psicología o Neurociencia. Por último, pre- sentaremos las razones por las que tales estrategias no han obtenido el éxito esperado y propondremos una posible vía de solución. 2.1. Teorías emocionales Existen fundamentalmente tres clases de teorías para explicar el comportamiento de las emociones: Teorías No cognitivas (o anti-cognitivas) Tradicionalmente se han considerado las emociones como estados mentales, conscientes y por tanto identificables mediante el lenguaje. La mente desde esta perspectiva sería la combinación, por un lado, de razones y, por otro, de emociones, ámbitos separados y con estatus diferentes. Para este tipo de explicaciones, las emociones serían esencial- mente un tipo de respuestas de tipo reactivo, codificadas en nuestros genes, que funcio- narían como alarmas ante la percepción de situaciones que peligrosas para nuestra su- pervivencia. Ejemplos de este enfoque son los trabajos de [Izard, 1977; Zajonc, 1980]. Este enfoque no es satisfactorio por diversas razones y no resuelve algunas preguntas sobre las emociones y la inteligencia. Teorías Cognitivas El primero en considerar que las emociones no constituyen un módulo al margen de la cognición fue William James [James, 1884]. Por primera vez se plantea una teoría que interpreta las emociones como la toma de conciencia de las reacciones viscerales (y no las reacciones mismas). Este carácter cognitivo de las emociones permite entender emo- ciones complejas que no podían explicarse con el modelo anti-cognitivo --como emo- ciones nostálgicas acerca de algo que ya ocurrió-- [Lazarus, 1984] pero no resuelve al- gunos aspectos que sí explicaban las teorías anteriores. Teorías interactivas Con este tipo de teorías se pretende encontrar un modelo que integre los resultados de ambas teorías previas. En este caso, las emociones son una entidad producto de dos as- pectos hasta el momento separados: activación visceral (anticognitivista) y valoración 160 Manuel Bedia  Revista Electrónica Teoría de la Educación. Educación y Cultura en la Sociedad de la Información. http://www.usal.es/teoriaeducacion Vol. 7. Nº2. Diciembre 2006 cognitiva de la alteración (cognitivista) [Schachhter & Singer, 1962, Arnold, 1960]. El modelo interactivo más completo (y satisfactorio) es el modelo de Frijda [Frijda, 1986]. Permite integrar y explicar emociones primarias (reactivas), secundarias (evaluadas cognitivamente) y meta-emociones de carácter contrafactual (no existen ni han existido los motivos que las provocan). 2.2. Arquitecturas emocionales Vamos a mostrar algunas arquitecturas emocionales que podemos situar como ejemplos represntativos de las teorías antes presentadas. Arquitectura No cognitiva [Tomkins, 1984] El comportamiento emocional en este tipo de sistemas no está relacionado con ningún tipo de sistema cognitivo-deliberativo. La arquitectura establece relaciones entre estímu- los y respuestas pre-establecidas mediante un principio de excitación basado en la “den- sidad de disparos” recibidos (intensidad del estímulo por tiempo). En esta arquitectura, las emociones que pueden generarse cumplen las siguientes características: 1) Las emociones como un tipo de reacciones automáticas 2) La emoción que se manifiesta es la que responde a mayor estimulación de la si- guiente manera: (i) si la estimulación aumenta se representan estados como miedo o interés, (ii) si la estimulación decrece se tienen estados como alegría, y (iii) si la es- timulación se nivela tenemos estados como la angustia o el enojo. susto miedo interés densidad de impactos neuronales enfado angustia alegría diversión tiempo Fig. 1. Modelo de Tomkins Arquitectura cognitiva [Simon, 1982] En este modelo, las emociones no se entienden como reacciones automáticas sino más bien como elementos evaluadores del entorno con la capacidad para interrumpir el pro- ceso deliberativo en curso y forzar al sistema para que centre su atención y sus recursos en una nueva situación. Las únicas emociones que pueden representarse son solamente Manuel Bedia 161  Revista Electrónica Teoría de la Educación. Educación y Cultura en la Sociedad de la Información. http://www.usal.es/teoriaeducacion Vol. 7. Nº2. Diciembre 2006 aquellas que se pueden entender como mecanismos de atención urgente. El sistema bá- sicamente está formado por: 1. Un módulo central de gestión de objetivos de tipo serial: los nuevos estímulos se ponen a la cola y esperan turno para ser evaluados organizándose en forma de jerarquía de objetivos. 2. Un módulo emocional representado por un sistema de vigilancia con capacidad para interrumpir el procesamiento del módulo central si observa contingencias que requieren atención urgente. Emocional Deliberativo Proceso de Proceso en vigilancia ejecución (chequea (sistema serial contingencias) de objetivos) Interrupción Nuevo proceso en ejecución Fig.2. Modelo de Simon Arquitectura interactiva [Sloman, 1987] Este modelo es más complejo aunque se deriva del anterior. Presenta emociones que aparecen en el modelo de Simon pero incorpora: 1. Un mecanismo de filtro: las actividades en curso usan recursos, tanto cognitivos como físicos, que son limitados. Por tanto, es necesario un filtro para que estén protegi- dos y abiertos a la interrupción. 2. De umbral variable: La variabilidad del umbral permite al nivel de protección ser dependiente del contexto. El modelo de Sloman, por tanto, además de tener la capacidad de interrumpir los objeti- vos actuales del sistema puede representar la disposición a la interrupción sin llegar a hacerlo. 162 Manuel Bedia  Revista Electrónica Teoría de la Educación. Educación y Cultura en la Sociedad de la Información. http://www.usal.es/teoriaeducacion Vol. 7. Nº2. Diciembre 2006 Emocional Deliberativo Proceso de Proceso en Línea de vigilancia ejecución proceso sin ejecución (chequea (sistema serial contingencias) de objetivos) Filtro de atención Nuevo proceso en Proceso en ejecución ejecución (Nuevos (sistema serial objetivos) de objetivos) Fig.3. Modelo de Sloman En este modelo, mucho más rico, podemos reproducir comportamiento emocional con las características de las emociones de Simon, es decir, emociones como mecanismos de atención urgente que interrumpen el procesamiento actual, pero además con las si- guientes propiedades: 1. Emociones como mecanismos disposicionales 2. Emociones como mecanismo graduales 3. Emociones y disposiciones que pueden coexistir Arquitectura basada en el modelo de Frijda [Frijda, 1986] Siguiendo el modelo de Frijda se desarrolla la propuesta más completa hasta el momen- to. Se estructura a partir del modelo de Sloman añadiendo un canal para el flujo de in- formación continuo y bi-direccional, entre proceso de atención, vigilancia y filtro. (1) Sensible al entorno Proceso de Vigilancia (2) Fuente de nuevos objetivos (1) Fija la importancia de lo que percibe Filtro de atención (2) Recursos limitados Nuevo Gestión de Objetivo recursos En función del desarrollo concreto: (1) Asume el nuevo objetivo Auto-control (2) Determina como emplear los recursos Fig.4. Modelo de Frijda Bajo estas condiciones podemos tener flujos de información, a los que podemos asociar significado emocional, dadas las propiedades que reflejan: Manuel Bedia 163  Revista Electrónica Teoría de la Educación. Educación y Cultura en la Sociedad de la Información. http://www.usal.es/teoriaeducacion Vol. 7. Nº2. Diciembre 2006 Pueden interrumpir el proceso de atención si detectan situaciones de emergencia (característica del modelo de Simon) Pueden representarse como disposiciones a la acción, coexistir varias y presen- tan un carácter gradual (característica del modelo Sloman) Su manifestación depende de una articulación entre percepción, contexto y expe- riencia (característica del modelo de Frijda) Una de las arquitecturas emocionales de mayor éxito, TABASCO (Tractable Appraisal- Based Architecture for Situated Cognizers) [Petta, 2002], sigue en su diseño un “mode- lo emocional interactivo” basado en la teoría de Frijda. 3.- PROBLEMAS Y LIMITACIONES En el conjunto de todas las arquitecturas presentadas encontramos una serie de elemen- tos que se repiten: las emociones son estados, es decir, son emociones prefijadas y for- malizadas como conceptos, y las emociones actúan esencialmente como perturbaciones, esto es, interrumpen el proceso de deliberación en curso. Todos los ejemplos son casos de arquitecturas emocionales basadas en conceptos. Esta condición define un compor- tamiento prefijado para las distintas emociones y una serie de características típicas: Contenido representacional: Emociones formalizadas como conceptos Contenido no-representacional: Emociones modeladas como señales de alarma Capacidad reactiva de tiempo real: Mecanismo de vigilancia e interrupción Disposiciones sin interrupción: Emociones como motivaciones a partir de un mecanismo de filtro variable Sin embargo, nos gustaría que presentasen otras características que también son rasgos esenciales de las emociones, como que: Generen estructuras del sentimiento (“mood”) de las emociones, es decir, un mecanismo de valoración emocional. Generen procesos de adaptación emocional (aprendizaje emocional). Favorezcan procesos de decisión. Según teorías neurofisiológicas actuales la fal- ta de emociones en sujetos inteligentes puede constituir una fuente importante de conducta irracional. Se ha comprobado [Damasio, 1996] que pacientes con daños en el lóbulo central, volviéndose emocionalmente planos, pierden su capacidad pa- ra tomar decisiones racionales. 4.- POSIBLES SOLUCIONES Para reproducir artificialmente comportamiento emocional más complejo y más ajusta- do al que observamos en la realidad, sugerimos adentrarnos en las teorías Neurofisioló- gicas acerca de las emociones. En estas teorías se defiende un enfoque completamente diferente al de los modelos de emociones basadas en conceptos. Veamos sus postulados más importantes: 164 Manuel Bedia  Revista Electrónica Teoría de la Educación. Educación y Cultura en la Sociedad de la Información. http://www.usal.es/teoriaeducacion Vol. 7. Nº2. Diciembre 2006 4.1. Dualismo vs. Funcionalismo Mientras que los modelos emocionales basados en conceptos presentan habitualmente una visión dualista entre la cognición y las emociones, la Neurofisiología no establece diferencias entre ambos: los dos son casos de procesamiento informacional. Las emo- ciones son simplemente procesos informacionales que representan funciones mentales. Esta posición de cara al estudio en la Inteligencia Artificial implica que: No nos interesarán explicaciones causales sobre los mecanismos que las generan (¿Cómo ocurren?) Tampoco nos preocuparemos por teorías evolutivas que expliquen su relación con las funciones mentales (¿Por qué ocurren así?) Ni cuestiones acerca del carácter innato, aprendido, o las modificaciones a lo largo del desarrollo del individuo (¿Cuándo?). Nuestro interés se centra en entender Para qué sirven, es decir, cómo las emociones hacen a los organismos sobrevivir o adaptarse. De otra forma, nos interesará responder a la cuestión siguiente: Cuál es su función. 4.2. Perturbaciones vs. Mecanismos de apoyo a la razón Los trabajos de [Damasio, 1996; De Sousa, 1987], a partir de sus investigaciones, de- fienden que las emociones nos ayudan a tomar decisiones, pues, por un lado, deshacen el empate en los casos de indiferencia, y por otro lado, Constituyen un criterio de selec- ción en casos de indeterminación, al hacer posible que nos centremos en los rasgos más destacados de la situación presente. Por tanto, pasamos de entender las emociones como interrupciones a emociones como sistemas de toma de decisiones que, en ciertas ocasio- nes, mejoran nuestra conducta. 5.- MODELOS INTEGRADOS DE “RAZONES-EMOCIONES” La propuesta que hacemos, tras el estudio realizado, es buscar arquitecturas emociona- les con las siguientes características: Neutras (sin emociones pre-definidas) Emociones como procesos funcionales Emociones como mecanismos de supervivencia (mejora del comportamiento del sistema) Emociones como mecanismos en procesos de toma de decisión (planificación) complementarios a la deliberación Manuel Bedia 165  Revista Electrónica Teoría de la Educación. Educación y Cultura en la Sociedad de la Información. http://www.usal.es/teoriaeducacion Vol. 7. Nº2. Diciembre 2006 opciones opciones opciones irracionalidad irracionalidad Criterio de decisión Criterio de decisión racional racional decisión Criterio de decisión opción A pertubada por emociones opción B opción B Modelo emocional II: Modelo emocional I: Estados como interrupción Estados como funciones del Modelo deliberativo puro sistema Fig.5. Modelo unificado emociones-razones En la figura 5 mostramos un modelo de “alto nivel” donde se refleja el cambio necesa- rio en la mentalidad ingenieril para abordar el diseño de artefactos inteligentes en sinto- nía con la neurofisiología actual. La irracionalidad, considerada como la etiqueta de los procesos regulados por instintos y corazonadas en lugar de basados en razones, debe ser un mecanismo interno que participe en los procesos de toma de decisión. 6.- CONCLUSIONES Un problema que ha hecho del análisis de las emociones algo complicado ha sido la iterpretación naïve que los investigadores han asumido a partir de la vision popular que se tiene de ellas. Como consecuencia, ha existido mucha vaguedad en torno a su análi- sis. En este artículo el propósito ha sido mostrar las emociones de manera distinta a có- mo hasta ahora se han venido considerando para dar nuevas directrices en el desarrollo de arquitecturas de inteligencia artificial. La principal característica en este nuevo enfo- que es que consideramos la relevancia de las emociones en términos del rol de la auto- nomía que añaden a los sistemas inteligentes: los sistemas pueden ser más adaptativos si utilizan estrategias de carácter emocional en sus mecanismos de toma de decisiones. El objetivo de incluir emociones en sistemas artificiales no es, por tanto, simular com- portamiento emotivo ni emular sentimientos humanos en los mecanismos de procesa- miento de información. Si eliminamos los prejuicios populares sobre un posible carácter antagónico entre emociones y razones, tendremos entonces la posibilidad de entender la contribución de las emociones en los artefactos inteligentes como un mecanismo que controla la prioridad entre el conjunto elevado de aspectos del entorno sobre los que concentramos nuestra atención para asegurarnos, en ciertas situaciones, una respuesta inteligente en un tiempo razonablemente breve. 7.- BIBLIOGRAFÍA ARNOLD, M. (1960). 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Educación y Cultura en la Sociedad de la Información. http://www.usal.es/teoriaeducacion Vol. 7. Nº2. Diciembre 2006 Para citar esta artículo puede utilizar la siguiente referencia: BEDIA, Manuel (2006): Arquitecturas emocionales en inteligencia artificial: una pro- puesta unificadora. En GARCÍA CARRASCO, Joaquín (Coord.) Estudio de los com- portamientos emocionales en la red [monográfico en línea]. Revista Electrónica Teoría de la Educación: Educación y Cultura en la Sociedad de la Información. Vol. 7, nº 2. Universidad de Salamanca. [Fecha de consulta: dd/mm/aaaa]. ISSN 1138-9737 168 Manuel Bedia