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Brains, Ontologies

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Transcript

  • 1. How Minds Work  Brains, Ontologies &  Virtual Machines  Stan Franklin  Computer Science Division &  Institute for Intelligent Systems  The University of Memphis 1 
  • 2. Question: How do minds work?  What would an answer be like?  That depends on the level  of granularity. Brains, Ontologies & Virtual Machines  2 
  • 3. Granularity in Science  Field  Subfield  Example Entities  Neuroscience  Neuroanatomy  Hippocampus, amygdale, neocortex  Neuroscience  Neural tissue  Neuropil, cortex, layer, cluster  Neuroscience  Neurons  Cell body, dendrites, axon, membrane  Biology  Cell biology  Membrane, nucleus, mitochondria,  organelle  Chemistry  Organic chemistry  Alcohol, acid, amine, phosphate, amino  acid  Chemistry  Elements, molecules  Physics  Nuclear physics  Atoms, protons, electrons, neutrons  Physics  Sub­atomic physics  Quarks, bosons, hadrons, leptrons Brains, Ontologies & Virtual Machines  3 
  • 4. Levels of Granularity  Each level has its own  Each level  – Entities  –  Supports the level  above it  – Relations  –  Needs its own theories  – Processes  to explain it  – Theories  –  Theories are in terms  of its own ontology Brains, Ontologies & Virtual Machines  4 
  • 5. Ontology?  •  Philosophy—the study of the nature and  relations of being  •  Computer Science—a specification  of the objects in a system and their  relations  •  How Minds Work—a particular collection  of entities, relations, processes Brains, Ontologies & Virtual Machines  5 
  • 6. A Simple Ontology Brains, Ontologies & Virtual Machines  6 
  • 7. Types of Machines  •  Matter manipulating machines — diggers,  drills, cranes, cookers, …  •  Energy manipulating machines — drill,  cookers, transformers, steam engines, …  •  Information manipulating machines —  thermostats, controllers, most organisms,  operating systems, compilers,  organizations, governments, … Brains, Ontologies & Virtual Machines  7 
  • 8. Computational Virtual  Machines  Type  Virtual Machine Examples  Application program  Microsoft Word, Internet Explorer, computer games, IDA  Developmental  JDK, JRE, Java Gnome, IntelliJ IDEA, etc.  environment  Operating system  Berkeley Unix, Windows XP, Mac OS X, Red Hat Linux  Microcode  Specific to each machine  Hardware  Mainframe, PDP­11, IBM­PC, Mac Powerbook, Dell, etc. Brains, Ontologies & Virtual Machines  8 
  • 9. Virtual Machines  •  Can be implemented on  – Physical machines  – Other virtual machines  •  Composed of abstract entities — words,  sentences, numbers, bit­patterns, trees,  procedures, rules, etc.  •  Have causal powers  •  Obey internal laws, but not physical laws Brains, Ontologies & Virtual Machines  9 
  • 10. Things vs Agents  •  Things (molecules, rocks, planets, etc.)  react  to physical forces acting on them  •  Autonomous agents (animals, mobile  robots, software agent, etc.) initiate  (goal constrained) actions  •  Autonomous agents have control  structures, that is, minds Brains, Ontologies & Virtual Machines  10 
  • 11. Mind and Information  •  Minds are control systems  •  Control systems must produce, process  and use information  •  What’s out there? (perception)  •  What do I do about it? (action selection)  •  How do I do it? (procedural control) Brains, Ontologies & Virtual Machines  11 
  • 12. Minds as Virtual Machines  •  Not every mind is a virtual machine —  a thermostat’s is purely causal  •  The mind of any mobile robot or software  agent is a virtual machine implemented  on another virtual machine  •  The minds of humans or animals are  virtual machines implemented on brains Brains, Ontologies & Virtual Machines  12 
  • 13. Virtual Machine on a Brain  •  Entities include qualia, objects, categories,  feelings, intentions, internal images,  internal speech, etc.  •  Relations include cause, before, on top of,  isa, is not, can drink from, etc.  •  Processes include perception, memory,  action selection, learning, etc.  •  Note the partial ontology just created Brains, Ontologies & Virtual Machines  13 
  • 14. QuickTime™ and a  TIFF (Uncompressed) decompressor  are needed to see this picture. Brains, Ontologies & Virtual Machines  14 
  • 15. Synapses  •  Pulse ­ chemical ­ wave  •  Excitatory or inhibitory  •  Neurotransmitter reuptake  •  Signal vs modulator  •  Learning via  strengthening  •  Decay with disuse Brains, Ontologies & Virtual Machines  15 
  • 16. Neurons in Action  •  Neurotransmitters cross synaptic clefs  changing the voltage of the neuron  •  Internal voltage exceeds threshold  •  Triggers pulse down the axon  •  Releases neurotransmitter at each  synaptic clef Brains, Ontologies & Virtual Machines  16 
  • 17. About Neurons  •  Little used neurons tend to die  •  Learning by  – Strengthening synapses  – Adding new synapses  – adding new neurons  •  Interneurons vs projection neurons Brains, Ontologies & Virtual Machines  17 
  • 18. The Triune Brain  •  Reptilian brain  QuickTime™ and a  TIFF (Uncompressed) decompressor  are needed to see this picture.  snakes, lizards – hunger,  temperature control  •  Limbic system  QuickTime™ and a  TIFF (Uncompressed) decompressor  are needed to see this picture.  cats, rats – mood, memory  •  Neocortex  primates – social, planning  QuickTime™ and a  TIFF (Uncompressed) decompressor  are needed to see this picture. Brains, Ontologies & Virtual Machines  18 
  • 19. Lobes of the Human Neo­cortex  Parietal Lobe  Frontal Lobe  Occipital Lobe  Cerebellum  Temporal Lobe  Brain Stem Brains, Ontologies & Virtual Machines  19 
  • 20. Brains, Ontologies & Virtual Machines  20
  • 21. Brains, Ontologies & Virtual Machines  21
  • 22. A Cognitive “Theory of Everything”  •  Sensation  •  Deliberation  •  Perception  •  Volition  •  Feeling & Emotion  •  Automization  •  Working memory  •  Action Selection  •  Episodic memory  •  Problem solving  •  Consciousness  •  Self  •  Learning  •  Metacognition Brains, Ontologies & Virtual Machines  22 
  • 23. Assigned Readings  Sloman, A., and R. Chrisley. 2003.  Virtual Machines and Consciousness.  Journal of Consciousness Studies  10:133­172.  Your "3­Brains­in­One” Brain  http://www.psycheducation.org/emotion/  triune%20brain.htm (take the tour) Brains, Ontologies & Virtual Machines  23 
  • 24. Email and Web Addresses  •  Stan Franklin  – franklin@memphis.edu  – www.cs.memphis.edu/~franklin  •  “Conscious” Software Research Group  – www. csrg.memphis.edu/ Brains, Ontologies & Virtual Machines  24