Plikynas, Darius „Individuali ir kolektyvinė sąmonė agentinių ir daugiaagenčių sistemų projektavime“ KSU

1
Individuali ir kolektyvinė sąmonė agentinių ir
daugiaagenčių sistemų projektavime
Darius Plikynas, prof.
KSU mokslo plėtros centras
Email: darius.plikynas@vva.lt
Pranešimo medžiaga:
http://www.vva.lt/mc/pranesimas%20%20VGTU.pdf
Seminaras
Kompiuterininkų dienos – 2013
Šiaulių universitetas, 2013 09 19

2
Vykdoma pagal socialinių mokslų krypties visuotinės
dotacijos projektą* “Virpesinės socialinių sistemų elgesio
paradigmos kūrimas” Nr. VP1-3.1-SMM-07-K-01-137, žr.
http://osimas.vva.lt
* Sutrumpintas pavadinimas - OSIMAS (nuo angl. trumpinio
“Oscillations Based Multi- Agent System Development”)

TURINYS
I. ĮVADAS
1.1 Tradicinės daugiaagentės sistemos
1.2 Platesnis požiūris: individuali ir kolektyvinė sąmonė
I. OSIMAS: BANGINĖ PARADIGMA
II. OSIMAS: PROJEKTINĖS GAIRĖS
III. GRETIMŲ TYRIMŲ KONTEKSTAS
IV. EKSPERIMENTINIAI TYRIMAI
V. AGENTŲ IR JŲ SISTEMŲ MODELIAVIMAS BEI
IMITAVIMAS
3

Pav. Bendroji dirbtinės savitvarkės sistemos schema
4I. ĮVADAS: 1.1 Tradicinės daugiaagentės sistemos (1)
Agentai ir daugiaagentės sistemos: tradiciniu supratimu (1)

5
Pav. Apibendrinta metaprotavimo principo veikimo schema
I. ĮVADAS: 1.1 Tradicinės daugiaagentės sistemos (2)

27
Pav. Tradicinės DAS blokinė schema
6I. ĮVADAS : 1.1 Tradicinės daugiaagentės sistemos (3)

7
Pav. 2b Bendroji hibridinė DAS, kai naudojami
intelektiniai agentai
I. ĮVADAS : 1.1 Tradicinės daugiaagentės sistemos (4)

8
 Dabartiniu metu DAS vyrauja poriniai komunikacijos
protokolai
- sąveika tarp siuntėjo ir gavėjo apribota laike ir erdvėje,
- du agentai keičiasi ontologiškai klasifikuota semantine informacija,
naudodami bendrą komunikacijos protokolą arba tarpinį agentą,
- tokia porinė komunikacija neefektyvi sprendžiant daug uždavinių
vienu metu, organizuojant paralelinį duomenų apdorojimą, valdant
duomenų srautus, sprendžiant konfliktines situacijas ir pan.
I. ĮVADAS : 1.1 Tradicinės daugiaagentės sistemos (5)

9
 Tendencijos rodo, kad ateityje DAS (daugiaagenčių sistemų)
komunikacija ir koordinacija bus realizuojama naudojant
banginius principus
- nesuporinta sąveika,
- netiesioginis ryšys,
- kontekstiniai duomenų mainai,
- plačiajuostis komunikacijos diapazonas
 Šiuolaikinės informacijos ir komunikacijos technologijos
įgalina tokių koordinacinių mechanizmų diegimą
Paralelė: šiuolaikinių aukšto dažnio,
šviesos greičiu veikiančių ICT tinklų
savybės turi akivaizdžių panašumų
su daugialąstelinių organizmų
laukais valdoma homeostazės ir
metabolizmo procesų koordinacija ...
I. ĮVADAS: 1.1 Tradicinės daugiaagentės sistemos (6)

 Šiuolaikinėse informacinėse visuomenėse…
1) informacinis agentas gali vos ne momentaliai gauti ir išsiųsti
informaciją per daugybę kanalų (broadcasting),
2) informacijos srautus agentas valdo pagal savo poreikius
prisiderindamas prie atitinkamų informacinių kanalų,
3) socialiniuose tinkluose (tinklinėje ekonomikoje) agentai tampa
informacijos perdirbėjais, saugotojais ir skleidėjais, t.y. socialinio
tinklo informaciniais mazgais...
 ICT valdymas: laukais paremtos koordinacinės technologijos...
Field-based coordination, Amorphous computing, Multilayered Multi
Agent Situated System (MMASS), Gradient Routing (GRAD), Directed
Diffusion, “Co-Fields” at TOTA Programming Model, CONRO, etc
10I. ĮVADAS : 1.1 Tradicinės daugiaagentės sistemos (7)

Kvantiniame laukų ir virpesių pasaulyje mes nesame atskirti
nuo daugialypės banginės visumos, o sudarome atitinkamuose
savitvarkos lygmenyse neatsiejamą fizinį, biologinį ir socialinį
kontinuumą.
Tokia heterogeninė ir kartu holistinė pasaulėžiūra verčia iš
esmės kitaip modeliuoti socialinius agentus bei jų sistemas. To
pasėkoje atsiranda naujos mokslo šakos, kaip antai socialinis
neuromokslas, neuroekonomika, grupių neurodinamika ir pan.
Šiame pranešime pristatomos kelios naujosios pasaulėžiūros
hipotezės, prielaidos ir postulatai, pagal kuriuos socialiniai ir
grupiniai (kolektyvinės sąmonės) reiškiniai kildinami iš
tarpusavyje suderintų individualių neurodinaminių procesų.
Pastarieji EEG/MEG/fMRI tyrimų dėka žmogaus smegenyse
registruojami taip vadinamų smegenų bangų pavidale.
111.2 Platesnis požiūris: individuali ir kolektyvinė sąmonė (1) 11
Jeigu idėja iš pirmo žvilgsnio neatrodo absurdiška – ji yra
beviltiška (Albert Einstein)

Pav. 2 Daugialypiai laukai kaip susietumo ir sąveikų pernešėjai
12121.2 Platesnis požiūris: individuali ir kolektyvinė sąmonė (2)
Bendras vaizdas daugialypės savitavarkės informacijos
kontekste

Daugiadisciplininių OSIMAS tyrimų problema susiveda į šių
bioelektromagnetinės ar kitos kilmės laukų virtualų modeliavimą,
kuriant socialinio „virpesinio“ agento imitacinius modelius, kurie
generuotų panašią į eksperimentais stebimą individo būsenų
kaitos dinamiką ir galėtų būti panaudojami socialinių sistemų
modeliavimui (daugiaagenčių imitacinių platformų kūrimui).
Kol kas dar tik vystoma naujosios paradigmos koncepcija, todėl
yra kur kas daugiau klausimų nei atsakymų. Pavyzdžiui, nėra iki
galo aišku kaip socialinėse grupėse esančių individų smegenų
aktyvacijų svyravimai sinchronizuojasi tarpusavyje, koks jų
spektrų spektrinis koherentiškumas ir pan.
Nepaisant to, jau galima numatyti seriją individualių ir grupinių
eksperimentų, kurie galėtų patikrinti iškeltas teorines prielaidas,
leistų patikslinti virpesinio agento modelio savybes bei
tarpusavyje suderintos daugiaagentės (socialinės) sistemos
modeliavimo galimybes bei sąlygas.

1.2 Platesnis požiūris: individuali ir kolektyvinė sąmonė(4) 14
Prieš keliasdešimt metų “rimtam mokslui” sąmonės klausimas
išvis neegzistavo, nes jos tyrimai buvo už racionalaus
mokslinio pažinimo ribų...
Per pastaruosius keliolika metų sąmonės pažinimo klausimas
vėl tapo labai aktualus; dabar sąmonės pažinimas jau
daugiadisciplininis mokslas ...
Psichologija
Neuromokslas
ir neurologija
Kognityvinė
psichologija
Filosofija
Kvantinė
fizika
Kosmologija
Parapsichologija
Socialiniai
mokslai
Pav. 1 Sąmonės pažinimo mokslai

15
Individuali sąmonė...? Kolektyvinė sąmonė...?
Mokslininko mąstymo tikslas – matyti bendrą atskirame ir amžiną
laikiname (Alfred North Whitehead )

161616
William James, psichologijos disciplinos įkūrėjas,
argumentuoja, kad nei vienas empirinis mokslo atradimas
apie smegenų veiklą neprieštarauja galimybei, kad jos
tarnauja kaip priemonė atspindėti už fenomenalaus esantį
nomenalų (transcendentinį) pasaulį, o ne kiekvieno
individualaus žmogaus atveju realizuoja naują sąmonę.
Emile Durkheim, vienas iš šiuolaikinės sociologijos
įkūrėjų, aprašo kolektyvinę sąmonę kaip visuomenės protą,
sukuriamą, kai individų sąmoningumas tampa sugrupuotas
ir sujungtas.
Carl Jung, kolektyvinę pasąmonę suvokė kaip žmonijos
patirčių bendrą rezervuarą, kuris įkūnija archetipinį
mąstymą, realizuojantį individo psichikos tobulėjimą ir
savikūrą.
http://www.truthabouttm.org/truth/SocietalEffects/Rationale-Research/index.cfm#rationale

17
Iš esmės, eina kalba apie idealistines pasaulėžiūras
(subjektyvizmas, fenomenalizmas, egzistencializmas,
idealistinis monizmas ir pan.), kurių filosofinės doktrinos
pirmiausia randamos Egipte (pvz., hermetizme), Indijoje (pvz.,
hinduizme, Kašmyro Šaivizme, Advaita Vedantoje), budizme,
vėliau Graikų filosofijoje (pvz., platonizme) ir t.t.
Šių laikų idealizmo filosofijos atstovai: Immanuel Kant, G. W. F.
Hegel, Johann Gottlieb Fichte, Spinoza, Friedrich Wilhelm
Joseph Schelling, Arthur Schopenhauer, G. Leibnitz, E.
Schrodinger, D. Bohm ir t.t.
Keli pagrindiniai idealistinės filosofijos postulatai
- tikrovė yra mentalinės prigimties, t.y. nemateriali
- tikrasis realybės pagrindas yra visaapimančioje sąmonėje
- materiali Visata atsiranda iš sąmonės, kuri yra pirminė
- materija yra savitvarkės informacijos (sąmonės) forma
- laikas ir erdvė yra universalios sąmonės atributai
1.2 Platesnis požiūris: individuali ir kolektyvinė sąmonė(7)

18
• Kuriamos OSIMAS paradigmos
prielaidos remiasi idealistine filosofija
- tai ką sąmoningai jaučiame ir mintijame tėra
labai maža dalis to kas slypi nesąmoningame
lygmenyje, iš kurio formuojasi mūsų
individualus sąmoningumas...
- ne mūsų mintys ar būsenos kuria šį
nesąmoningą sąmonės lauką, o atvirkščiai –
individualios būsenos, mintys, pojūčiai kyla iš
nesąmoningo lygmens, o pastarasis iš
universalios sąmonės lauko...
- universalios sąmonės lauką pagal analogiją
galima interpretuoti tarsi kvantinių galimybių
potencialumą...
Individualus
sąmoningumas
Individualus
nesąmoningas
laukas
(pasąmonė ir
viršsąmonė)
Universalios
sąmonės laukas

19
Paimkime pavyzdį iš fizikos
Ar gravitacinis laukas gali būti tiesiogiai pajaustas mūsų jutimo
organais? Ats.: ne, tačiau tai nereiškia, kad grav. lauko nėra.
Panašiai ir su kitais laukais (EM, silpnos ir stiprios sąveikos) -
nors mes tiesiogiai jų nejaučiame, tačiau prielaidos apie jų
egzistavimą padeda paaiškinti daugybę stebimų fizikinių
reiškinių, todėl šių laukų buvimo paneigti negalime.
Remiantis tuo, pagrindinis fizikos uždavinys yra sukurti
Vieningo Lauko Teoriją, kuri apjungtų visas žinomas sąveikas.
Analogiškai, universalios sąmonės lauko fenomenalią raišką
stebėti/jausti per individualios sąmonės registruojamus
jutimus taip pat tiesiogiai negalime, tačiau tai nereiškia, kad
universalios sąmonės laukas neveikia mūsų nesąmoningų
būsenų ir per jas neįtakoja sąmoningų mąstymo procesų.

20
Individuali sąmonė tyrinėjama daugybės disciplinų, pradedant
neuromokslu ir baigiant kognityvine psichologija.
Klausimas, o kaip tyrinėti universalią sąmonę, kur jos ieškoti?
Matomai Universali sąmonė netiesiogiai reiškiasi per
universalius principus ir dėsningumus, kurių fone veikia
individuali ir kolektyvinė sąmonės, pvz.,
- ind. ir kolekt. sąmonės procesų negentropija (savitvarka),
- sąmonės procesų koherentiškumas ir sinchroniškumas,
- socialinis susietumas (angl. binding),
- socialiniai tinkliniai efektai,
- informacijos “broadcasting’as”,
- “visi su visais” informacijos mainai (atviroms sistemoms),
- ir pan.
1.2 Platesnis požiūris: individuali ir kolektyvinė sąmonė(10)

21
II. OSIMAS: VIRPESINĖ PARADIGMA

22III. OSIMAS: VIRPESINĖ PARADIGMA (1)
I. Mezoskopiniame lygmenyje pati sudėtingiausia mums žinoma
savitvarkės informacijos forma yra žmogaus sąmonė.
II. Sekant bioelektromagnetiniais laukais paremtomis neurofiziologinėmis
teorijomis, žmogaus sąmoningumas turi dvilypę, t.y. korpuskulinę ir
banginę prigimtį.
III. Banginė prigimtis žmogaus sąmonei suteikia atviroms sistemoms
būdingų savybių ir sukuria prielaidas bendro kolektyvinės pasąmonės
lauko egzistavimui.
IV. Tokiu būdu, žmonių visuomenėse stebimi socialiniai procesai
sąlygojami suderinto kolektyvinės pasąmonės lauko, kurį aktualizuoja
šiuolaikinės informacinės ir komunikacinės technologijos.
V. Tam, kad geriau suprasti, modeliuoti, imituoti ir prognozuoti
informacinio amžiaus žmonių visuomenių elgesį korpuskuline sąveika
paremti daugiaagenčių sistemų poriniai sąveikų modeliai turėtų būti
praplėsti laukams būdingais koordinacijos ir savitvarkos dėsningumais.
OSIMAS paradigmos prielaidos (sutrumpinta):

II. OSIMAS: VIRPESINĖ PARADIGMA (2) 23
Pagrindiniai OSIMAS projekto etapai
Konceptualizavimas
Eksperimentavimas
Modeliavimas
Taikymas
Dabartinis
etapas!

II. OSIMAS: VIRPESINĖ PARADIGMA (3) 24
Viena iš pagrindinių problemų – kaip paaiškinti sąmonei
būdingą savybę – “susietumą” (jungtį), angl. binding, t.y.
holistinį savęs suvokimą kaip integralios visumos...
Jeigu tariame, kad sąmonei būdingas vientisumas ir
susietumas, kas fizikiniame pasaulyje būdinga sąveikas
pernešantiems laukams, tuomet galima daryti prielaidą, kad
sąmonei būdinga ir banginė, ne tik korpuskulinė raiška...
Banginės prigimties prielaida turi potencialias galimybes
paaiškinti sąmonės susietumo, vientisumo, daugialypiškumo
bei kitas savybes...
Tačiau dėl tinkamų banginių modelių bei tyrimo metodų
nebuvimo žmogaus protavimo procesų bei sąmonės
modeliuose bei imitacijose dabar vyrauja išskirtinai
“korpuskuliniai” metodai...

25
Sąmonės banginė prigimtis, pvz., pagal Mc Fadden sąmoningo
elektromagnetinio lauko (CEMI) teoriją aiškinama kaip mūsų
smegenyse krūvininkų judesių sukurtas elektromagnetinis
laukas, kuris per grįžtamąjį ryšį (per joninius neuroninių
membranų kanalus) įtakoja neuroninių tinklų veiklą...
II. OSIMAS: VIRPESINĖ PARADIGMA (4)
Kitos analogiškos teorijos:
Holonomic Brain, Quantum-
Holographic Theory
Pav. 2 Smegenų bangų aktyvacijosPav. 1 Neuroniniai tinklai

26II. OSIMAS: VIRPESINĖ PARADIGMA (5)
Socialinio tinklo efektai vedantys į koherentiškų ekosistemų susidarymą:
- minios elgesys, socialinių normų plitimas,
- ekonominė konvergencija,
- kaskadiniai efektai techno-socialinėse-ekonominėse sistemose,
- žiniasklaidos įtaka, politinės kompanijos, gandai ir nuomonių plitimas,
- svyravimai finansinėse rinkose bei socialinių tinklų susižadinimai,
- demografiniai bei epideminiai pokyčiai,
- mados ir kultūrinių trendų, etinių, religinių bei mokslinių memų plitimas…
Poriniai stipriai tarpusavyje surišti
sąveikų modeliai
Suderinti socialiniai tinklai
Koherentiškos informacinės
ekosistemos
Ateitis!
Socialinių sistemų modeliavimo tendencijos...
Poriniai (pair-to-pair) silpnai tarpusavyje surišti
sąveikų modeliai

27II. OSIMAS: VIRPESINĖ PARADIGMA (6)
Paradigminis poslinkis… … naujajam
pasaulio suvokimui
būdingos banginės
savybės!
Pav. 3 ES flagmaninių projektų gairės

28
III. OSIMAS: PROJEKTO GAIRĖS

29III. OSIMAS: PROJEKTO GAIRĖS (1)
OSIMAS projekto eiga…
1 etapas
konceptualizavimas
OSIMAS paradigma
Virtualaus
skaičiavimo lauko
modelis (VSL)
Virpesinio agento
modelis (VAM)
Banginės sąveikos
mechanizmo modelis (BSM)
2 etapas
eksperimentavimas,
modeliavimas
3 etapas
imitavimas/taikymas
Daugiaagentė imitavimo
platforma (DAS)
Taikomasis uždavinys
Dabartinis etapas...
2011 2012 2013 2014 2015
Virtuali laboratorija (V-lab)

Veiklų planas (numatyti rezultatiniai rodikliai) …
- konceptualiai nauja imitavimo paradigma
- VAM, VSL, BSM modelių sukūrimas
- daugiaagentė imitavimo sistema (DAS)
- virtuali laboratorija (V-lab)
- DAS pritaikymas konkrečiai praktinei problemai
- monografija (anglų k.)
- straipsniai,
- konferencijos,
- viešinimas (seminarai ir pan.)

VSL ir VAM teorinio modeliavimo, pvz., …
VSL modelis skirtas:
- virtualios banginės modeliavimo terpės
sąlygų nustatymui,
- virpesinių agentų identifikavimui bendrame
daugialypiame virtualios energijos lauke,
- galimų energijos būsenų kvantizavimui.
Pav. 4 Socialinių agentų energinių būsenų
kvantizavimo pavyzdys remiantis
rotaciniu-vibraciniu dviatomių molekulių
modeliu, kur k- rotacinis kvantinis
skaičius, h- vibracinis kvantinis skaičius

Pav. 5 Agento kaip negentropijos “siurblio”modelis.
Modeliuojamo virpesinio agento ypatumai...
- savitvarkės energijos forma,
- energija išreikšta virpesių (bendru atveju bangų) formoje,
- energijos išraiškoje koduojama ir informacija,
- saviorganizavimas pagrįstas negentropijos principu.

Kiti svarstomi virtualaus agento ir jų sistemos imitavimo
modeliai...
- rezonansinių natūralių dažnių,
- fononų,
- banginių paketų sąveikos (WIM),
- stovinčių bangų,
- solitoninių bangų,
- Kuramoto ir Vitiella
silpnai surištų
osciliatorių modeliai ir t.t.
Medžiaga pateikta:
http://www.vva.lt/vcf.pdf
http://www.vva.lt/mc/Work_in_progress.pdf
Pav. 6 Laikinė-dažninė agento elgesio reprezentacija.

Pav. 7 VSL reprezentacija, kur agentai ir ištekliai transformuojami į dažninę formą.

Pav. 8 VAM: agentas kaip produkcinių taisyklių visuma transformuojanti vidinius
agento energijos išteklius.

Pav. 9 Horizontalios produkcinės taisyklės (energijos ir informacijos apsikeitimui tarp
agentų)

37
IV. GRETIMŲ TYRIMŲ KONTEKSTAS

38IV. GRETIMŲ TYRIMŲ KONTEKSTAS (1)
Idėjiškai artimos kitos tyrimų kryptys ...
- field model of consciousness [4],
- field-based coordination mechanisms for multi-agent systems in a
robotics domain [12],
- field computations in natural and artificial intelligence [11],
- vibrating potential field [5],
- quantum computation as a model of consciousness [6],
- intra- and inter-cellular communication mechanisms [7],
- the CEMI theory of consciousness [8],
- the neurophysics of consciousness [9],
- modeling the neurodynamic complexity of teams [10] ,
- organic computing for the emergent behavior of complex systems [13],
- amorphous or pervasive computing in contextual environments [14], etc.s
žr. medžiaga: http://www.vva.lt/mc/Work_in_progress.pdf

Idėjiškai artimos kitos tyrimų grupės ...
- social neuroscience studies at NYU,
- active research center of neuroscientific studies at Caltech,
- behavioral and neural systems research (SNS-Lab) at the Economics
Department in the University of Zurich,
- neuroeconomics at Maastricht University (Netherlands),
- the Self-Organizing Systems Research Group of Harvard University in
Cambridge (USA),
- the Pervasive Artificial Intelligence (PAI) Research Group of the
University of Fribourg (Switzerland),
- the Centre for Computational Analysis of Social and Organizational
Systems (CASOS) of Carnegie Mellon University, etc.
- team neurodynamics studies (Advanced Brain Monitoring group)

ES 7-tosios programos (angl. framework) projektai, susiję su
sudėtingų savitvarkių sistemų koordinacijos tyrimais ...
Pav. 10 Sudėtingų savitvarkių
sistemų Europiniai projektai

Naujausios ES ir JAV tyrimų tendencijos...
 Europos Sąjungos komisija iš 6 flagmaninių ES mokslo
projektų atrinko 2 lyderiaujančius, kuriems per ateinančius 10
metų bus skirta po 1 mlrd eurų.
 Tai „Human brain project“ ir „Graphene“,
žr. http://www.lrytas.lt/sroves/mokslas/grafeno-ir-zmogaus-smegenu-tyrimams-europos-
komisija-skyre-po-milijarda-euru.htm?p=2 ; video klipas
 Įdomu tai, kad JAV analogiškas “Brain Activity Map Project”
projektas jau startuoja tik su vos ne trigubai didesniu
biudžetu, žr. http://www.nytimes.com/2013/02/18/science/project-seeks-to-build-
map-of-human-brain.html?_r=1&
 Tai reiškia, kad žmogaus smegenų ir atitinkamai sąmonės
tyrimai tampa prioritetiniais ...

Pavyzdys #1, “Co-Fields” modelis
The key points of the field-approach can be summarized as follows:
1. The environment is represented and abstracted by “computational fields”,
propagated by agents or by an environmental network infrastructure. These
fields convey useful information for the agents' coordination tasks and
provide agents with strong coordination-task-tailored context awareness.
2. The motion coordination policy is realized by letting agents move
following the gradients of these fields.
3. Environmental dynamics and agents' movements induce changes in the
fields' surface, composing a feedback cycle that influences agents' movement.
4. This feedback cycle let the system (agents, environment and
infrastructure) auto-organize, so that the coordination task is eventually
achieved in an adaptive and fully distributed way.
A computational field can be considered a sort of spatially distributed data
structure characterized by a unique identifier, a location-dependent numeric
value, and a propagation law determining how the numeric value should change
in space. Fields are locally accessible by agents depending on their location,
providing them a local perspective of the global situation of the system....

Pav. 11 The tourist Y senses the field generated by the tourist guide X
(increasing with the distance from the source, as the numeric values in each
room indicates). (left) Y agent follows the field downhill to approach X;
(right) Y follows the eld uphill to get farther from X. In this figure, agent Y
uses the field generated by X directly as an application-specic coordination
field.
Co-fields modelio taikymas: TOTA middleware

Pavyzdys # 2, MMASS modelis
Different forms of interaction are possible within a MMASS: synchronous
reaction between spatially adjacent agents and asynchronous and at-adistance
interaction through a field emission-diffusion-perception mechanism.
Fields are emitted by agents according to their type and state, and propagate
throughout the spatial structure of the environment according to their diffusion
function, reaching and being perceived by other spatially distant agents.
Different sensitivity to fields, capabilities, and behaviors characterize agents of
different types. The platform also supports the implementation of applications
based on the situated cellular agents (SCA) model (Bandini et al. 2003), which is
a particular class of MMASS characterized by a single-layered agent
environment and specific constraints on field definition.
The MMASS platform basic elements:
• Specification and modification of agent structured environment.
• Behavior description and execution of situated agents.
• Synchronous reaction involving spatially adjacent agents.
• Specification and management of field emission-diffusion-perception
mechanism(i.e., asynchronous and at-a-distance interaction among agents).

Pav. 12 MMASS model elements and relationships among them.

V. EKSPERIMENTINIAI TYRIMAI
46

Pagrindiniai EEG tyrimų tikslai
- abstrakčios virpesinio agento (VAM) idėjos eksperimentinis
tikrinimas, remiantis smegenų bangų aktyvacijomis,
- kolektyvinės sąmonės eksperimentinių įrodymų paieškos
grupei žmonių, esančių analogiškose sąmonės būsenose,
- grupei žmonių eksperimentiškai pastebėtų sinchroniškumo ir
koherentiškumo dėsningumų panaudojimas konstruojant
virpesinių agentų sistemą
- DAS imitacinės platformos kūrimo etape imituoti žinomus
ekonominio aktyvumo ciklus, demografinius pasiskirstymus,
finansinio kapitalo rinkų dinamiką, kultūros ar psichologinio
klimato kitimą, idėjinių memų sklaidą bei kitus sudėtingos
socialinės (tinklinės) dinamikos reiškinius
V. EKSPERIMENTINIAI TYRIMAI (1) 47

Eksperimentinio tyrimo etapai
I. Individualių būsenų testai
II. Grupinių būsenų testai
Pav. 12 Iškeltų hipotezių tikrinimui skirti du eksperimentinių tyrimų etapai

EEG įranga
– BIOSEMI kompanijos (64 kanalų, 31nV triukšmų lygis)
- ABM kompanijos (bevielė 10 kanalų, 1,5V triušmų lygis)
Pav. 12 Autorius kaip “bandomasis triušis” MRI institute Indijoje

Pav. 13 Filtruoti spektriniai diapazonai:
 , , , .

Smegenų bangų sinchronizacijos ir koherencijos
individualūs ir grupiniai tyrimai
Pav. 14 Grupės žmonių smegenų bangų aktyvacijų vizualizacija (web nuoroda)

52V. EKSPERIMENTINIAI TYRIMAI (7)
Pav. 15 Grupės žmonių smegenų bangų aktyvacijų vizualizacija (web nuoroda)

Pav. 15 Spektrinės galios tankio skirtumai tose pačiose būsenose dviems
žmonėms

Pav. 15 Spektrinės galios tankio pasiskirstymai dažnių diapazonuose

Preliminarių eksperimentinių EEG tyrimų išvados...
- skirtingiems žmonėms tos pačios bazinės (ne sensorinių stimulų
aktyvuotos) sąmonės būsenos gali būti atpažintos pagal
charakteringus EEG signalų spektrinio tankio pasiskirstymus,
t.y. tų pačių būsenų spektrai koreliuoja tarpusavyje skirtingiems
žmonėms)...
- pereinant iš vienų sąmonės būsenų į kitas, stebimas
charakteringas spektrinės galios persiskirstymas iš vienų dažnių
diapazonų į kitus...
- bendrai, remiantis EEG eksperimentiniais tyrimais buvo
patvirtinta esminė prielaida, kad žmogaus sąmonės būsenas
galima nusakyti kaip dėsningas virpesių sistemas...
- tačiau grupiniams eksperimentam reikalinga tikslesnė įranga,
nes naudingi signalai paskęsta triukšmuose...

Pav. 15a Grupinio eksperimento eskizas

Grupinių EEG tyrimų tikslai:
i) how coherent and synchronous neurodynamics of brain waves
activations is in the non-sensory evoked states of consciousness like
contemplation, concentration, meditation, self-awareness, etc than
measured simultaneously in the groups of people,
ii) finding out whether and how deeper states of consciousness correlate
with the level of spectral coherence between frequencies and brain
regions,
iii) whether coherent mind state of group of people can influence
unaware and sensory isolated individuals,
iv) finding out whether highly concentrated and sensory isolated mind
state can make influence on the mind states of the unaware group of
people

Laikinės sinchronizacijos tyrimų metodika...
(įvertinama kaip žmonių grupė yra laike sinchronizuota)
1) Išsirenkama dažninė sritis, kurioje atliekama
sinchronizacijos paieška.
2) Įvertinama kanalo ir būsenos sinchronizacija tarp skirtingų
asmenų -> signalų koreliacijos koeficientas
]);Hz0.1Hz,44.0[,(Filter)( ,,,, channelstatepersonchannelstateperson CtF 
);,(_ ,,,,,,, channelstatejchannelstateichannelstateji FFcoefcorrcc 

3) Laikinės sinchronizacijos įvertinimas:
a) Bendras sinchronizacijos įvertinimas
b) Laikinis kanalų įvertinimas
c) Bendras kanalų įvertinimas


channels
k ji
kstatejicc
personspersonschannels
Sin ,,,
)1(**
1


ji
channelstatejicc
personspersons
channeltSin ,,,
)1(*
1
),(
),()( channeltSinchannelSin 

Koreliacija tarp kanalų...

Dažninės koherencijos tyrimų metodika...
(Dažninė grupės sinchronizacija – įvertina dažnius, kuriuose
sinchronizuojasi smegenų veikla)
1) suskaičiuojamas sunormuotas spektras tam tikroje
bangų srityje (range)
2) įvertinamas spektrinis skirtumas
);,(Spectrum)( ,,,, rangeCwS channelstatepersonchannelstateperson 
)(
)(
1
)( ,,
,,
,, wS
wS
wNS channelstateperson
w
channelstateperson
channelstateperson


;))(()( ,,, persons
wNSwSD channelstatepersonchannelstate 

3) Spektrinė koherencija įvertinama:
a) spektrinis atitikimas per visus kanalus
b) jei spektras skaičiuojamas trumpiems laiko
intervalams galime įvertinti laikinį kitimą
c) Jei spektras skaičiuojamas trumpiems laiko
intervalams galime įvertinti bendrą kanalo spektro
panašumą

channels
k
kstate wSD
channels
wSin )(
1
)( ,
 
w
channels
k
kstate twSD
wchannels
tSin ),(
*
1
)( ,
wtchannelstate twSDchannelSin ,, ),()( 

Spektrinis panašumas
Kurio kanalo spektras
mažiausiai keičiasi?
Kaip keičiasi
kanalų spektrų
panašumas
laike?

SMEGENŲ BANGŲ SANTYKINĖS ENERGIJOS
ĮVERTINIMAS SKIRTINGIEMS DAŽNIŲ DIAPAZONAMS
1 pav. Smegenų bangų santykinės energijos priklausomybė nuo būsenos numerio 1-38 Hz
dažnių diapazonui (4 žmonės).
64
Būsenos numeris:
1 – meditacija;
2 – meditacija ir signalų skaičiavimas;
3 – signalų skaičiavimas;
4 – mąstymas;
5 – mąstymas ir signalų skaičiavimas.
Smegenų bangų santykinė energija yra didžiausia meditacijos būsenoje (1 - 38 Hz dažnių
diapazonas). Reikėtų pažymėti, kad 3-čiasis ir 4-tasis žmonės yra nepatyrę medituotojai, ko
pasėkoje yra neatitikimų.

ĮVERTINIMAS SKIRTINGIEMS DAŽNIŲ DIAPAZONAMS
2 pav. Smegenų bangų santykinės energijos priklausomybės nuo būsenos numerio atitinkamai
delta, teta, alfa ir beta dažnių diapazonuose (4 žmonės).
65
Delta, teta ir beta bangų
dažnių srityse smegenų bangų
santykinė energija yra
didžiausia meditacijos
būsenoje. Kitoks dėsningumas
stebimas alfa bangų dažnių
srityje: smegenų bangų
santykinė energija yra
didžiausia signalų skaičiavimo
ir mąstymo būsenose.

PASISKIRSTYMAS SKIRTINGUOSE DAŽNIŲ DIAPAZONUOSE
3 pav. Smegenų bangų santykinės energijos pasiskirstymas tarp skirtingų dažnių diapazonų:
delta, teta, alfa ir beta (4 žmonės: 1,2 ir 3 būsenos).
66
Alfa bangos santykinai išauga delta bangų atžvilgiu mąstymo
ir signalų skaičiavimo būsenose. Taigi galime teigti, kad alfa
bangos labiausiai išryškėja vienareikšmėse ir labiausiai
apibrėžtose būsenose. Tuo tarpu labiausiai neapibrėžtoje ir
nevienareikšmėje meditacijos būsenoje alfa bangos santykinai
yra mažiausios delta bangų atžvilgiu.

delta, teta, alfa ir beta (4 žmonės: 4 ir 5 būsenos).
67
Čia pateiksime mišrių būsenų analizę, t.y. meditacijos ir signalų skaičiavimo būsena, mąstymo ir signalų skaičiavimo
būsena. Šiose būsenose alfa bangos santykinai išauga delta bangų atžvilgiu lyginant su meditacijos būsena (labiausiai
neapibrėžta ir nevienareikšme), tačiau yra santykinai mažesnės negu atskirose mąstymo ir signalų skaičiavimo
būsenose (labiausiai apibrėžtose ir vienareikšmėse). Meditacijos ir signalų skaičiavimo būsena yra neapibrėžtos ir
apibrėžtos būsenų superpozicija, ko pasėkoje minėtos superpozicinės būsenos apibrėžtis išauga: vienu laiko momento
žmogus užsiima ne tik neapibrėžtu veiksmu (meditacija), bet ir apibrėžtu veiksmu (signalų skaičiavimu). Todėl
meditacijos ir signalų skaičiavimo būsenoje alfa bangos santykinai išauga delta bangų atžvilgiu lyginant su
meditacijos būsena. Mąstymo ir signalų skaičiavimo būsena yra dviejų apibrėžtų būsenų superpozicija, ko pasėkoje
minėtos superpozicinės būsenos apibrėžtis sumažėja: vienu laiko momento žmogus užsiima dvejais apibrėžtais
veiksmais (meditacija ir signalų skaičiavimu), t.y. neaišku, kas konkrečiu laiko momentu yra veikiama – ar mąstoma,
ar skaičiuojami signalai. Todėl mąstymo ir signalų skaičiavimo būsenoje alfa bangos santykinai sumažėja delta bangų
atžvilgiu lyginant su atskiromis mąstymo ir signalų skaičiavimo būsenomis.

delta, teta, alfa ir beta (4 žmonių grupė: 1’ būsena).
Būsenos numeris:
1’ – 4 žmonių grupės komandinis darbas.
Čia pateikti 4 žmonių grupės
tyrimų rezultatai. Šiuose
tyrimuose buvo naudojama kita
mažesnio matavimų tikslumo
EEG įranga (256 Hz), ko
pasėkoje stebimi kitokio
pobūdžio santykinės energijos
pasiskirstymai.
68

69
VI. AGENTŲ IR JŲ SISTEMŲ MODELIAVIMAS
BEI IMITAVIMAS

70
3.1 Simulation of individual EEG signal dynamics using
refined coupled oscillator energy exchange model
(COEEM)
Main goals:
1. This research addresses an attempt to narrow the gap between field
theoretic and experimental research of single brain neurodynamics.
2. It also gives a framework for applying similar principles of field-
based coordination for the coherent social behavioral dynamics.
VI. AGENTŲ IR JŲ SISTEMŲ MODEL. BEI IMITAVIMAS (1)

 Despite all efforts, most difficult problems remain
– the explanation of the dynamic relationships between different
brain regions (Ho et al. 2005),
- explanation of the partial coherence of EEG signals (Pessa and
Vitiello 2004), (Schelter et al. 2006).
 In fact, proposed coupled oscillator energy exchange model
(COEEM) addresses both issues without modeling of a complex
brain network from the point of detailed mapping of neural
networks.
 In the COEEM model, each neuron (or brain region) is modeled as
an oscillator, which has a phase and a complex amplitude. Thus,
modeling the energy exchange between groups of neurons is
replaced by the model of the energy exchange between groups of
oscillators (Jacobs et al. 2007).
71VI. AGENTŲ IR JŲ SISTEMŲ MODEL. BEI IMITAVIMAS (2)

 In the COEEM, we assume that different areas of the brain connect
via the general electromagnetic field, following coupled oscillator
energy exchange model, which is designed to model the temporal
evolution of EEG data.
 This model is similar to the Kuramoto model but essentially differs
in that the Kuramoto model oscillator amplitude is constant, while in
the COEEM model it is dependent on the phase of the oscillator.
 In this way, we expand the work of other researchers like Pessa and
Vitiello 2004; Onton and Makeig 2006; Friston and Price 2001;
Rubinov and Olaf Sporns 2010; Quiroga et al. 2001; Cerda and
Girau 2013; Ma et al. 2013; Matsuoka 2011.
 The reasoning behind the COEEM model is based on a simulation
of synchronization phenomena observed in activations of the brain.
 For this purpose, a coupled oscillator phase-locking mechanism
(PLM) has been proposed.

 We use the sinus coupling function of oscillators. The COEEM
model equations are as follows:
where is the complex amplitude of the i-th oscillator, – the
phase of the i-th oscillator, – the angular frequency of the i-th
oscillator, and t – the temporal coordinate.
 Therefore, here we have 2N linear equations for the phases and
complex amplitudes of the oscillators. The system of 2N linear
equations describes the temporal evolutions of the phases and the
complex amplitudes of the oscillators.
N
i
i j i j
j 1,j i
θ
w w sin(θ θ )
t
,
 

  


N
i
i j i j
j 1,j i
w w sin(θ θ )
t
,i j
A
A A
 

  


iA i
i

The systems of the internal and external oscillators
Fig. 1 The time-evolution of the simulated EEG data is modeled as the
total energy fluctuations of an internal oscillator (or group of
oscillators).

 The phase difference between two oscillators describes the energy
exchange mechanism between them: the energy exchange process
takes place between oscillators where the phase difference is not
equal to zero (if the phase difference is zero, then energy exchange
is absent).
 In short, by using the COEEM model, we seek to characterize the
dynamic mechanism of the relationships between different brain
regions (Ho et al. 2005) and explain the partial coherence of EEG
signals (Pessa and Vitiello 2004).
 In this way, we can get the temporal evolution of the energy of
each oscillator and evaluate the energy redistribution between
oscillator groups after a certain time.
U W w 
U W w
N N N 
U W w
E E E 

Fig. 2 The iterative scheme: E is the energy of the EEG signal, RK4 –
the fourth-order Runge-Kuta algorithms, A and  denote complex
amplitude and phase respectively.

Fig. 3 The COEEM curve calibrated to the experimental EEG curve:
the number of iterations is equal to 3 in case (a), the number of
iterations is equal to 6 in case (b), and the number of iterations is equal
to 16 in case (c).

Fig. 4 Calibration and prognostication of the COEEM curve: the
number of the calibrated external oscillators is equal to 5 in case (a),
the number of the calibrated external oscillator is equal to 15 in case
(b), and the number of the calibrated external oscillator is equal to 0 in
case (c).

Table 1. Values of correlation coefficient and mean squared error (35
and 92 points for prognostication).
 It should be noted, that
- phase differencies of all the external oscillators’ does not change
with time, (ii)
- all external oscillators’ are coupled and their phases are locked; in
this way, we apply a coupled oscillator phase-locking mechanism
(PLM).
Fig. 4. (a) (b) (c)
35 points prognoses
Mean squared error
(MSE) 0,43E-06 2,36E-06 1,52E-06
Correlation coefficient 0,80 0,12 -0,30
92 points prognoses
Mean squared error
(MSE)
0,70E-06 2,39E-06 1,72E-06
Correlation coefficient 0,76 0,19 -0,17

80
 Concluding remarks:
- In fact, our findings revealed that each external uncalibrated
oscillator can radically change the COEEM generated signal.
Therefore, the whole system of oscillators has to be well calibrated.
- Hence follows the assumption that each oscillator potentially
contains information about all the rest of the system.
- It is shown that the COEEM model, which is based on the
PLM, is uniquely suitable for relatively accurate prognoses of
human brain EEG signal dynamics for the chosen EEG channels.
- The proposed model has revealed phase-locking and energy
exchange features uniquely characteristic of human brain EEG
signal dynamics.

81
Excitation propagation in the homogenous ANN media
Main goals:
1. Construction of artificial neural networks (ANN) in order to
simulate and analyze spatio-temporal patterns of information
transmission in the social media.
2. Exploration of local and global conditions for emergence of
deterministic or purely chaotic information transmission patterns.

82
Fig. 13 Emergence of local chaos and global order (each dot represents a perceptron).
Š. Raudys. Information Transmission Concept
Based Model of Wave Propagation in Discrete
Excitable Media. Nonlinear Analysis: Modelling
and Control, 2004, Vol. 9, No. 3, 271–289.

83
Pav. Planuojamos taikymų sritys ir modeliavimo platformos

84
Pav. Kuriamos DAS blokinė schema

85
Pav. Viena iš taikymo sričių - ekonominių svyravimų modelis

86
Pav. Agento principinė schema

87
OSIMAS modelių testavimo virtuali platforma (V-lab):
http://vlab.vva.lt/ (Login: Guest, passw.: guest)

Nuorodos (1)
 Plikynas, D. (2010). A virtual field-based conceptual framework for the simulation of complex social
systems. Journal of Systems Science and Complexity, 23(2), 232-248. http://www.vva.lt/vcf.pdf
 Plikynas, D. (2012) The Conceptual Premises for the Construction of an Oscillation-Based Social
Simulation Paradigm. In the proceedings of the international conference ICSSH 2012, Chennai, 2012.
 Acebrn, Juan A., Bonilla L. L., Vicente P., Conrad J., Ritort F., Spigler R. (2005). The Kuramoto model: a
simple paradigm for synchronization phenomena. Reviews of Modern Physics, 77, 137185
 Bunge S.A., Kahn I. (2009). Cognition: An Overview of Neuroimaging Techniques.Encyclopedia of
Neuroscience, 1063-1067
 Fries, P. (2009). Neuronal Gamma-Band Synchronization as a Fundamental Process in Cortical
Computation.The Annual Review of Neuroscience, 32, 209-224.
 Frohlich, H. (1968). Long-range coherence and energy storage in biological systems.International
Journal of Quantum Chemistry, 2(5), 641-649.
 Lachaux J. P., Rodriguez E., Martinerie J., Varela F. J. (1999). Measuring phase synchrony in brain
signals.Human brain mapping, 8(4), 194-208.
 Libet, B. (1994). A testable field theory of mind-brain interaction.Journal of Consciousness Studies, 1(1),
119-226.
88

Nuorodos (2)
 Lindenberger U., Li S. C., Gruber W., Muller V. (2009). Brains swinging in concert: cortical phase
synchronization while playing guitar.BMC Neuroscience, 10(22), 1471-2202.
 McFadden, J. (2002). Synchronous Firing and Its Influence on the Brain’s Electromagnetic Field.Journal
of Consciousness Studies, 9 (4), 23-50.
 Minfen Shen, Ting, K. H., Chan, F. H. Y.(2003). Analysis of time-varying synchronization of multi-
channel EEG signals using wavelet coherence.Neural Networks and Signal Processing, 1, 216-219.
 Orme-Johnson D.W., Haynes C.T. (1981). EEG phase coherence, pure consciousness, creativity, and TM-
Sidhi experiences.International Journal of Neuroscience, 13, 211-217.
 Travis F. T., Orme-Johnson D. W. (1989). Field model of consciousness: EEG coherence changes as
indicators of field effects.International Journal of Neuroscience, 49, 203-211.
 Mamei, M., Zambonelli, F. (2006). Field-Based Coordination for Pervasive Multiagent Systems.Berlin:
Springer-Verlag.
 Stevens R., Galloway T., Wang P., Berka C., Tan V., Wohlgemuth T., Lamb J., Buckles R.(2012). Modeling
the neurodynamic complexity of submarine navigation teams.Computational and mathematical
organization theory, DOI 10.1007/s10588-012-9135-9
89

Dėkoju už dėmesį
Darius Plikynas, prof.
KSU mokslo plėtros centras
Email: darius.plikynas@vva.lt
Pranešimo medžiaga: http://www.vva.lt/mc/pranesimas%20%20VGTU.pdf

Plikynas, Darius „Individuali ir kolektyvinė sąmonė agentinių ir daugiaagenčių sistemų projektavime“ KSU

Recommended

Recommended

More Related Content

Viewers also liked

Viewers also liked (16)

Similar to Plikynas, Darius „Individuali ir kolektyvinė sąmonė agentinių ir daugiaagenčių sistemų projektavime“ KSU

Similar to Plikynas, Darius „Individuali ir kolektyvinė sąmonė agentinių ir daugiaagenčių sistemų projektavime“ KSU (12)

More from Lietuvos kompiuterininkų sąjunga

More from Lietuvos kompiuterininkų sąjunga (20)

Plikynas, Darius „Individuali ir kolektyvinė sąmonė agentinių ir daugiaagenčių sistemų projektavime“ KSU