UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” Campus de Sorocaba ALEXANDRE DA SILVA SIMÕES UM MODELO COGNITIVO BASEADO NA ATENÇÃO PARA CONSCIÊNCIA EM ROBÔS INTELIGENTES Sorocaba - SP Janeiro de 2015 ALEXANDRE DA SILVA SIMÕES UM MODELO COGNITIVO BASEADO NA ATENÇÃO PARA CONSCIÊNCIA EM ROBÔS INTELIGENTES Tese apresentada ao Campus de Sorocaba da UNESP como parte dos requisitos para obtenção do título de Livre-Docente em Robótica e Inteligência Artificial. Sorocaba - SP Janeiro de 2015 "O infitino é realmente um dos deuses mais lindos". Renato Russo. Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca da Unesp - Câmpus de Sorocaba S452m Simões, Alexandre da Silva. Um modelo cognitivo baseado na atenção para consciência em robôs inteligentes / Alexandre da Silva Simões, 2015. 150 f.: il. Tese (Livre-Docência) – Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho". Instituto de Ciência e Tecnologia (Câmpus de Sorocaba), 2015. 1. Inteligência artificial. 2. Robótica. 3. Consciência. 4. Atenção. I. Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho". Instituto de Ciência e Tecnologia (Câmpus de Sorocaba). II. Título. CDD 006.3 Banca Examinadora: Prof. Dr. Jaime Simão Sichman (POLI-USP) Prof.a Dr.a Anna Helena Reali Costa (POLI-USP) Prof.a Dr.a Roseli Aparecida Francelin Romero (USP - São Carlos) Prof. Dr. Paulo Roberto de Aguiar (UNESP - Bauru) Prof. Dr. Edvaldo Assunção (UNESP - Ilha Soleira) Agradecimentos A todos os companheiros da UNESP, docentes e servidores técnico-administrativos, pela ami- zade e pela contribuição – de muitas formas – para a realização desse trabalho ou suas partes, direta ou indiretamente, ao longo dos anos. Em particular aos amigos Marcos, Carlos, Roberta, Célia, Vanessa, Bruna, Amanda, André e especialmente aos amigos do Grupo de Automação e Sistemas Integráveis (GASI), sem os quais este momento não teria sido, literalmente, possível. Aos meus alunos e orientados que contribuíram – cada um de sua forma única e especial – ao longo de mais de uma década, para a lapidação dos conhecimentos e para com a formulação de novas idéias, abordagens, práticas e conceitos. Obrigado por compartilharem a caminhada. Obrigado por cada dúvida, discussão ou questionamento feito ao seu professor. A todos os meus mestres, presentes, ausentes, pelas diferentes contribuições que me trouxeram até o este dia. Por compartilharem comigo suas visões. A meus pais, Maria José e Walsey, e minha avó Eliza, que nunca se cansaram de me incentivar, e sem os quais nem uma pequena parte dessa jornada teria sido possível. À Prof.a Dr.a Sandra Luna Cirne de Azevedo pelas discussões filosóficas sobre a questão da consciência, e à Prof.a Dr.a Bella Luna Colombini Ishikiriama pelo carinho e injeção de ânimo. Da mesma forma ao Prof. Dr. Antonio Cesar Germano Martins pelas discussões. Ao Prof. Dr. Flavio Alessandro Serrão Gonçalves, Prof. Dr. Eduardo Paciência Godoy e Prof.a Dr.a Maria Glória Caño de Andrade pelo apoio das mais diversas formas. De forma mais do que especial à Prof.a Dr.a Esther Luna Colombini, por todo o carinho, dedi- cação, inspiração e por todas as discussões sobre a natureza da inteligência, cognição e atenção, incorporados de muitas formas a este trabalho e à vida. A Hermione, companheira fiel na redação deste documento. Resumo A consciência humana é um dos mais fascinantes mistérios de nosso tempo. Das antigas civilizações aos pensadores da pós-modernidade, todos já se questionaram sobre como nos tor- namos conscientes de nossa existência, e como nos tornamos conscientes do mundo que nos cerca. Embora não exista uma definição precisa para o termo consciência, há um consenso de que este fenômeno encontra-se intimamente ligado a processos cognitivos humanos, tais como: pensamento, raciocínio, emoções, desejos. Dentre os processos-chave para o surgimento da consciência está a atenção, processo cognitivo capaz de promover a seleção de apenas alguns poucos estímulos dentre a imensa quantidade de informação que nos atinge a todo instante. A consciência de máquina é o campo da inteligência artificial que investiga a possibilidade da produção de processos conscientes utilizando dispositivos artificiais. O presente trabalho rea- liza uma revisão sobre a temática da consciência – natural e artificial –, abordando o tema sob os prismas filosófico e computacional, e investiga a viabilidade da utilização de um esquema atencional como base para um processamento cognitivo. Propõe-se um modelo computacional formal para agentes conscientes que integra: memórias de curto e longo prazo, raciocínio, pla- nejamento, emoção, tomada de decisão, aprendizado, motivação e volição. Simulações compu- tacionais no domínio da robótica móvel realizadas sobre o ambiente USARSim, proposto pela RoboCup, sugerem que o agente pode ser capaz de, utilizando esses elementos, adquirir experi- ências baseado em estímulos recebidos do ambiente. A adoção da arquitetura cognitiva sobre o modelo atencional tem potencial para permitir a emergência de comportamentos usualmente as- sociados à consciência nos robôs simulados. Futuras implementações sobre esse modelo pode- riam, potencialmente, permitir ao agente expressar senciência, auto-ciência, auto-consciência, consciência autonoética, possessividade e perspectividade. Realizando computação sobre um espaço atencional, o modelo também permite ao agente aprender sobre um espaço de estados muito reduzido. Palavras-chave: Inteligência artificial. Robótica. Consciência de máquina. Cognição. Aten- ção. Emoções. Memória. Qualia. Abstract Understanding consciousness is one of the most fascinating challenges of our time. From anci- ent civilizations to modern philosophers, questions have been asked on how one is conscious of his/her own existence and about the world that surrounds him/her. Although there is no precise definition for consciousness, there is an agreement that it is strongly related to human cogni- tive processes such as: thinking, reasoning, emotions, wishes. One of the key processes to the arising of the consciousness is the attention, a process capable of promoting a selection of a few stimuli from a huge amount of information that reaches us constantly. Machine conscious- ness is the field of the artificial intelligence that investigate the possibility of the production of conscious processes in artificial devices. This work presents a review about the theme of cons- ciousness - in both natural and artificial aspects - , discussing this theme from the philosophical and computational perspectives, and investigates the feasibility of the adoption of an attentional schema as the base to the cognitive processing. A formal computational model is proposed for conscious agents that integrates: short and long term memories, reasoning, planning, emotion, decision making, learning, motivation and volition. Computer experiments in a mobile robo- tics domain under USARSim simulation environment, proposed by RoboCup, suggest that the agent can be able to use these elements to acquire experiences based on environment stimuli. The adoption of the cognitive architecture over the attentional model has potential to allow the emergence of behaviours usually associated to the consciousness in the simulated mobile robots. Further implementation under this model could potentially allow the agent to express sentience, selfawareness, self-consciousness, autonoetic consciousness, mineness and perspec- tivalness. By performing computation over an attentional space, the model also allows the agent to learn over a much reduced state space. Keywords: Artificial intelligence. Robotics. Machine consciousness. Cognition. Attention. Emotions. Memory. Qualia. SUMÁRIO Lista de Figuras 9 Lista de Tabelas 11 Lista de Equações 12 Lista de Símbolos 13 I FUNDAMENTOS TEÓRICOS 17 1 INTRODUÇÃO 18 1.1 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.2 Por que estudar a consciência artificial? . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.3 Organização do trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2 FUNDAMENTOS FILOSÓFICOS 22 2.1 A relação corpo-mente nas culturas antigas . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.2 As doutrinas filosóficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.3 Dualismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.4 Monismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3 FUNDAMENTOS DA ATENÇÃO 29 3.1 O que é atenção? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.2 Taxonomia da Atenção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.3 Conceitos fundamentais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4 FUNDAMENTOS DA CONSCIÊNCIA 35 4.1 O que é consciência? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 4.2 Conceitos fundamentais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 4.2.1 Memória . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.3 A relação entre consciência e atenção . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 7 4.4 Os problemas da consciência e o qualia . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.5 Uma consciência para cada cérebro? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 4.6 Como avaliar a consciência? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.6.1 Axiomas para consciência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4.6.2 ConScale: uma métrica para a avaliação da consciência . . . . . 48 II MODELOS COMPUTACIONAIS 53 5 MODELOS ATENCIONAIS 54 5.1 Visão geral dos modelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 5.2 A arquitetura de Colombini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5.2.1 Controlador atencional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 5.2.2 Modelo formal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 6 MODELOS PARA CONSCIÊNCIA 66 6.1 Taxonomia dos modelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 6.2 Modelos baseados no Espaço de Trabalho Global . . . . . . . . . . . . 67 6.3 Modelos baseados na integração de informação . . . . . . . . . . . . . 71 6.4 Modelos baseados no auto-conhecimento . . . . . . . . . . . . . . . . 72 6.5 Modelos baseados em representações de nível superior . . . . . . . . . 73 6.6 Modelos baseados em Atenção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 7 OUTROS MODELOS COGNITIVOS 79 7.1 O ISAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 7.2 O EPIROME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 7.3 O SOAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 7.4 O framework de Samsonovich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 7.5 O diagrama de relações de Stachowicz . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 III TRABALHO PROPOSTO 87 8 REVISITANDO O PROBLEMA DA CONSCIÊNCIA 88 9 O MODELO PROPOSTO 91 9.1 Conceito e hipótese adotados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 9.2 Apresentação do modelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 9.3 Modelo formal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 8 9.4 Operação do modelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 9.5 Sumário do modelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 9.6 Comparação com outros modelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 10 MATERIAIS E MÉTODOS 107 10.1 Ambiente de simulação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 10.2 Sistemática de extração de características . . . . . . . . . . . . . . . . 109 10.2.1 Espaço de observação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 10.2.2 Características bottom-up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 10.2.3 Características top-down . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 10.3 EXP-01: Robô atencional bottom-up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 10.4 EXP-02: Robô atencional bottom-up e top-down . . . . . . . . . . . . 114 10.5 EXP-03: Robô atencional consciente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 11 RESULTADOS E DISCUSSÃO 122 11.1 EXP01 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 11.2 EXP02 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 11.3 EXP03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 11.4 Uma possível abordagem para o qualia? . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 12 CONCLUSÃO 134 REFERÊNCIAS 136 Índice Remissivo 148 Lista de Figuras 1 Organização das principais doutrinas filosóficas relacionadas à natureza da cons- ciência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2 Taxonomia da atenção: estados globais, seletivos e atencionais . . . . . . . . . . 31 3 Representação esquemática de diferentes aspectos da atenção: influência da aten- ção top-down, bottom-up, atenção seletiva e atenção orientada . . . . . . . . . . 33 4 Relação entre consciência, inteligência, atentividade e vida . . . . . . . . . . . . 38 5 Relação entre intenção e volição: adaptação do modelo das fases da ação na tera- pia de reabilitação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 6 Taxonomia da memória humana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 7 Habilidades cognitivas do ConScale (diagrama de Hasse) . . . . . . . . . . . . . 50 8 Valores possíveis para o resultado quantitativo do ConScale . . . . . . . . . . . . 52 9 Exemplos de perfis cognitivos do ConScale para algumas arquiteturas conscientes 52 10 Diagrama esquemático de funcionamento de diferentes modelos atencionais com- putacionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 11 Diagrama esquemático de funcionamento de diferentes modelos atencionais com- putacionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 12 Diagrama esquemático do modelo atencional de Colombini . . . . . . . . . . . . 59 13 Curvas responsáveis pela modelagem pelo enaltecimento ou inibição temporal e espacial no modelo de Colombini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 14 Taxonomia dos sistemas conscientes considerando o princípio elementar para o surgimento da consciência com ênfase aos sistemas atencionais . . . . . . . . . . 67 15 Modelo pré-consciente IDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 16 Arquitetura CERA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 17 Modelo computacional para máquina consciente de Starzyk . . . . . . . . . . . . 76 18 Taxonomia dos sistemas conscientes baseados em modelos atencionais conside- rando a natureza da arquitetura implementada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 19 Modelo do robô ISAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 20 Arquitetura do SOAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 10 21 O framework de Samsonovich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 22 Diagrama de relações de entidades em uma memória episódica segundo Stachowicz 86 23 Arquitetura do modelo proposto para um agente atencional consciente . . . . . . 93 24 Perfil cognitivo estimado do modelo proposto segundo o ConScale . . . . . . . . 106 25 Arquitetura modular do USARSim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 26 Imagens da plataforma USARSim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 27 EXP01: Configuração . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 28 EXP02: Configuração . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 29 EXP03: Configuração . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 30 Exemplo de cenário de trabalho com o modelo proposto . . . . . . . . . . . . . . 121 31 EXP01: Trajetória do robô no ambiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 32 EXP01: Dados coletados nos sonares, sensor laser e mapas de características . . . 124 33 EXP01: Dados coletados no mapa de características combinado, vencedores da competição atencional e mapa atencional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 34 EXP02: Trajetória do robô no ambiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 35 EXP02: Dados coletados nos sonares, sensor laser e mapas de características . . . 127 36 EXP02: Dados coletados no mapa de características combinado, vencedores da competição atencional e mapa atencional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 37 EXP03: Dinâmica do agente com o modelo consciente proposto . . . . . . . . . 130 38 EXP03: Trajetórias do agente com o modelo proposto explorando um ambiente . 131 Lista de Tabelas 1 ConsScale - Habilidades cognitivas níveis 2 a 11 – 2: Reativo, 3: Adaptativo, 4: Atencional, 5: Executivo, 6: Emocional, 7: Auto-consciente, 8: Categórico, 9: So- cial, 10: Humano, 11: Supre-consciente. Como em (ARRABALES; LEDEZMA; SANCHIS, 2010b). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2 Diferentes relações entre consciência e atenção em vários modelos para agentes conscientes atencionais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 12 Lista de Equações 1 Modelo de Colombini: contribuição no tempo t do vencedor do processo atencional se o disparo teve causa exógena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 2 Modelo de Colombini: contribuição no tempo t da vizinhança do vencedor do pro- cesso atencional se o disparo teve causa exógena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 3 Modelo de Colombini: contribuição no tempo t do vencedor do processo atencional se o disparo teve causa endógena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4 Modelo de Colombini: contribuição no tempo t da vizinhança do vencedor do pro- cesso atencional se o disparo teve causa endógena . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 5 Modelo de Colombini: atualização dos elementos do mapa atencional . . . . . . . . 65 6 Extração de características: Nível de discrepância temporário sobre a característica de velocidade ( f1nt ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 7 Extração de características: Nível de discrepância sobre a característica de velocidade ( f1nt ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 8 Extração de características: Nível de discrepância temporário sobre a característica de direção (t f1nt ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 9 Extração de características: Nível de discrepância sobre a característica de direção (t f1nt ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 10 Extração de características: Disposição dos elementos em relação à característica de distância ( f3nt ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 11 Extração de características: Ações atencionais top-down de distância . . . . . . . . 113 12 Extração de características: Ações atencionais top-down de região-objetivo . . . . . 113 13 Lista de Símbolos Conjuntos, vetores, coleções e funções: a é uma função de tomada de decisão é um conjunto de ações do agente é um conjunto de ações atencionais do agente é um conjunto de ações motoras do agente A é o conjunto de atuadores do agente B é um conjunto de elementos vencedores (winners) é o conjunto de características descritoras da estrutura física do agente é um conjunto denominado esquema corporal (body schema) do agente C é um mapa de características combinadas é um conjunto de pares estado-ação é uma função de tomada de decisão (decision making) do agente é uma função emocional do agente é uma função avaliação (evaluation) do agente Fd é um conjunto de mapas de característica G é um conjunto de objetivos (goals) do modelo atencional é um conjunto de objetivos (goals) do agente cognitivo H é a função degrau de Heaviside H é uma hipótese L é o mapa de saliências é um aprendizado episódico é um aprendizado procedimental é um aprendizado semântico L é um sistema de aprendizado L é uma função de geração de ação que decompõe uma macro-ação em ações motora e atencional M é o mapa atencional é uma memória de longo prazo é uma memória episódica é uma memória procedimental Lista de Símbolos 14 é uma memória semântica é uma memória de trabalho (working memory) é uma memória de curto prazo (short term memory) é uma memória de longo prazo (long term memory) é o conjunto de motivações do agente é uma função de motivação do agente O é um conjunto de observações de sensores é um processo cognitivo do agente é uma função de planejamento é uma lista de tarefas de planejamento F é o valor atribuído à quantidade de consciência em um sistema segundo a teoria da integração da informação FBU é um conjunto de funções de dimensão de característica bottom-up FT D é um conjunto de funções de dimensão de característica top-down Y é a função de uma onda em mecânica quântica é a medida da qualidade da experiência para o agente ¬ é o conjunto dos números reais é um conjunto de estados (states) do agente é um conjunto denominado estado atencinal do agente é um conjunto denominado estado emocional do agente é um conjunto denominado estado de desempenho (evaluation) do agente é um conjunto denominado estado proprioceptivo do agente S é um conjunto de sensores Sd é um conjunto de dimensões de sensores é um conjunto de tarefas do agente é uma função de volição do agente W f é um vetor de pesos de característica zFT D é uma função de mapeamento de dimensão top-down zWf é uma função de mapeamento de pesos Constantes e elementos de conjuntos: é uma ação do agente é uma ação motora do agente é uma ação atencional do agente bi é um elemento da lista de vencedores no tempo t com índice i indicando a natureza do estímulo (endógeno ou exógeno) cn é um elemento do mapa de características combinado ded p é a constante de tempo de atraso no decaimento endógeno Lista de Símbolos 15 deep é a excitação endógena pré-ativação dp é a constante de tempo de atraso pré-ativação dr é a constante de tempo de atraso pré-refração é um elemento presente em um item de memória episódica é um elemento presente em um item de memória semântica f2dn é um elemento do mapa de características é um objetivo do agente cognitivo gt é um elemento do conjunto de objetivos (goals) do agente atencional i é o índice de posição de um disparo no conjunto de disparos ln é um elemento do mapa de saliências mn é um elemento do mapa atencional é um elemento da memória do agente é um elemento da memória episódica do agente é um elemento da memória semântica do agente é um elemento da memória procedimental do agente é um elemento da memória de trabalho do agente Ost é a observação da j-ésima dimensão do s-ésimo sensor no tempo t é um processo cognitivo do agente fBUd é uma função de mapeamento de características bottom-up fT Dd é uma função de mapeamento de características top-down p é uma política utilizada para organização dos objetivos do agente é uma motivação do agente é um elemento do estado do agente é um estado atencional do agente é um estado emocional do agente é um estado de desempenho do agente é um estado proprioceptivo do agente sns é um elemento do conjunto de sensores sdns é um elemento do conjunto de dimensões de sensores s(.) é o desvio padrão do argumento é uma tarefa do agente taa é a constante de ativação exponencial ascendente tad é a constante de ativação exponencial descendente teaa é a constante de ativação exponencial endógena ascendente tead é a constante de ativação exponencial endógena decrescente tra é a constante de refração exponencial ascendente trd é a constante de refração exponencial descendente é uma variável do agente é uma variável emocional do agente Lista de Símbolos 16 é uma variável de desempenho do agente é um valor de motivação do agente é uma variável proprioceptiva do agente w f2d é um elemento do vetor de pesos de características 17 PARTE I FUNDAMENTOS TEÓRICOS 18 1 INTRODUÇÃO “Qualquer tecnologia suficientemente avançada é indistinguível de magia.” Arthur Charles Clarke Ouvir os trechos mais sublimes do Requiem de Mozart em um quarto escuro. Apreciar o pôr do Sol em sua casa nas montanhas em um dia de verão. Saborear a água fresca corrente que brota do chão após uma longa caminhada em um dia quente. Essas são algumas das expe- riências mais especiais vivenciadas por nós, seres humanos, durante nossas vidas. A apreciação de experiências como essas, que chamaremos por hora de “experiências subjetivas” do ser, está profundamente ligada a nossos pensamentos, memórias, desejos e reflexões. Ela envolve passado, presente e futuro. Mas, como exatamente ocorre em nós este processo? Como nos tornamos conscientes de nossa existência e do mundo que nos cerca? Como adquirimos a capacidade de apreciar estas experiências? Séculos depois do “penso, logo existo” de Descartes, ainda temos mais perguntas do que respostas para as questões que dizem respeito à consciência humana. Alguns negam a existência da consciência. Outros dizem que ela é, na verdade, a única coisa no universo da qual pode-se afirmar a existência, e que a reflexão sobre ela seria a única questão que faria sentido em toda a filosofia. Outros argumentam que a consciência existe, mas que, possuindo inteligência limitada, não seríamos capazes de compreender este fenômeno. Alguns dizem que a consciência é simplesmente uma manifestação dos impulsos elétricos dos neurônios presentes nos circuitos cerebrais. Outros afirmam ainda que a consciência está indissociavelmente ligada ao universo, matéria e energia. O fato é que não conseguimos ainda, sequer, definir de forma cabal o que vem a ser a consciência. Nesse contexto de tamanha complexidade, nos inspirar nas reflexões filosóficas e nos mecanismos da cognição humana selecionados pela evolução ao longo dos milhões de anos que nos separam dos organismos unicelulares são alguns dos primeiros passos na – longa – jornada no sentido de compreender esse fenômeno da consciência. 1 INTRODUÇÃO 19 O questionamento sobre a possibilidade da compreensão da consciência humana suscita ainda uma outra questão igualmente complexa: seria possível, ao menos em tese, construir máquinas conscientes? A resposta, evidentemente, é igualmente complexa. Vejamos. O vôo dos pássaros inspirou os homens por séculos até a construção de máquinas capazes de voar. A máquina humana para voar, contudo, é substancialmente diferente dos pássaros. Ela não utiliza músculos ou penas. Uma vez compreendidos os fundamentos envolvidos no vôo, a mente humana foi capaz de aplicar este conhecimento para produzir a sua própria versão da máquina de voar. Essa máquina supera o vôo dos pássaros em vários aspectos: é muito mais veloz do que o mais veloz dos pássaros, é capaz de transportar mais pessoas e carga do que o maior dos pássaros, dentre muitas outras vantagens. A máquina humana de voar também possui severas desvantagens em relação aos pássaros: ela é muito mais pesada do que o maior dos pássaros, utiliza muito mais energia para voar do que o maior dos pássaros e requer muito mais cuidados do que gostaríamos. Os pássaros e a máquina humana seguem dois paradigmas diferentes de vôo. Contudo, ambos são, efetivamente, capazes de voar. Podemos esperar que a consciência se comporte de forma similar? Podemos esperar que existirá uma máquina que está para a consciência humana assim como a máquina humana de voar está para os pássaros? Em outros termos, podemos entender que o estudo dos mecanismos neurais e das funções cerebrais que constituem um indivíduo levarão à elaboração de uma teoria que, em última instância, permitirá a criação, a replicação ou a simulação da consciência – ou de um conceito similar a ela – em máquinas? Também esta teoria, evidentemente, dependeria do domínio de diversos fenômenos associados à cognição humana – tais como a formulação de pensamentos, raciocínio, memória, etc. –, da captura de seus aspectos ou fundamentos essenciais, e, então, de sua transferência, de alguma forma, para o domínio das máquinas. David Elis chamaria essa nova entidade “machina sapiens”. Alan Turing afirmou que a humanidade tende a utilizar com máquinas o argumento “as má- quinas nunca poderão fazer X”, com X já tendo assumido diversos valores ao longo dos séculos, tais como: voar, nadar, jogar xadrez, ir à lua, etc. Sob essa ótica, o surgimento da consciência em máquinas seria simplesmente uma questão de tempo e trabalho. Outros autores, como Ray Kurzweil, acreditam que o surgimento de máquinas conscientes é uma conseqüência natural do processo evolutivo, e que os limites que separam homem e máquina tenderão a desaparecer nos próximos séculos. Este processo de fusão homem-máquina já teria começado, uma vez que já utilizamos cotidianamente máquinas associadas ao nosso corpo para ampliar nossa capacidade de andar, enxergar, nos localizar, auxiliar nosso batimento cardíaco, substituir alguns de nossos membros, e, em última instância, pensar. E, caso esse cenário venha a ser possível, o computador será o dispositivo que dará o suporte a essa máquina com consciência? Em caso afirmativo, o computador com a arquitetura de von Neumann, seguindo o paradigma de computação corrente, seria a máquina adequada? Se sim, 1.1 Objetivos 20 quais seriam as arquiteturas, modelos e formas de trabalho propícias para tratar esta máquina consciente? A consciência poderia ser implementada em software? Não temos, hoje, respostas para a grande maioria destas perguntas. Nesse contexto, o pre- sente trabalho busca reunir diferentes visões sobre a questão da consciência – natural e artificial – construídas ao longo dos séculos e elaboradas por um grande número de autores sob dife- rentes paradigmas, de forma que possam fornecer subsídios à proposição de caminhos para a investigação da assim denominada consciência de máquina, ou ainda, como preferem alguns consciência de máquina autores, consciência artificial. Se, como afirma Arthur Clarke, qualquer tecnologia suficientemente avançada é indistin- guível de magia, então avançar na compreensão da tecnologia que pode levar à existência da consciência em máquinas é, em última instância, tocar um pouco da magia que existe nas expe- riências mais sublimes ocultas na alma humana. 1.1 Objetivos O presente trabalho tem por objetivo promover o estudo da área denominada consciência de máquina, bem como investigar, propor e validar novos modelos cognitivas biologicamente inspirados para a consciência, especialmente aqueles relacionados com os mecanismos atenci- onais, foco de investigação do grupo de trabalho do autor. 1.2 Por que estudar a consciência artificial? Há pelo menos duas óticas sobre as quais pode-se responder a esta questão. Sob uma primeira ótica, o estudo da consciência em máquinas passa pela investigação da consciência hu- mana, um dos mistérios mais fundamentais de nossa espécie, que confunde-se com o mistério da própria vida. Avanços no entendimento deste conceito fundamental poderiam ter um profundo impacto na forma de vida de nossa sociedade, com desdobramentos em aspectos religiosos, morais, sociais, éticos, dentre muitos outros. Sob uma outra ótica, a eventual possibilidade de dotar máquinas de consciência tornaria possível a existência de uma série de novos produtos, técnicas e tecnologias hoje inexistentes, com elevado potencial para geração de novas empresas, empregos e renda. Desta forma, o estudo da consciência artificial é justificado pelo potencial avanço que ela poderia representar no entendimento dos processos mentais humanos – notadamente através do uso de computadores na simulação de processos cognitivos –, e também pelo potencial impacto social e econômico que essas máquinas – e seus derivados – teriam em nossa sociedade. 1.3 Organização do trabalho 21 1.3 Organização do trabalho O presente trabalho encontra-se organizado da seguinte forma: • Parte I: Reúne uma coleção de fundamentos teóricos associados à temática da consciência reunidos nas seguintes seções: – Seção 1: Introduz a consciência como tema de trabalho; – Seção 2: Apresenta fundamentos e doutrinas filosóficas relacionadas com a questão da consciência; – Seção 3: Concentra conceitos fundamentais relacionados ao mecanismo atencional, essencial para a compreensão da consciência; – Seção 4: Introduz conceitos e problemas do âmbito da consciência; • Parte II: Reúne os modelos computacionais mais relevantes para o trabalho proposto. Encontra-se dividido nas seguintes seções: – Seção 5: Apresenta modelos computacionais para a atenção em agentes inteligentes; – Seção 6: Traça um panorama das arquiteturas computacionais para consciência; – Seção 7: Discorre sobre outros modelos cognitivos correlatos ao proposto no âmbito deste trabalho; • Parte III: Apresenta os principais aspectos do trabalho realizado. Encontra-se dividido nas seguintes seções: – Seção 8: Revisita o problema da consciência à luz da revisão teórica realizada no âmbito deste trabalho; – Seção 9: Detalha o modelo computacional proposto para o trabalho com agentes conscientes; – Seção 10: Discorre sobre materiais e métodos utilizados nas implementações com- putacionais realizadas; – Seção 11: Exibe e discute os resultados obtidos nos experimentos realizados; – Seção 12: Conclui o presente trabalho. Para facilitar a localização de conceitos e itens dispostos ao longo do texto, encontra-se disponível um índice remissivo, localizado na página 148. 22 2 FUNDAMENTOS FILOSÓFICOS "Os ossos e carne, e outras parte similares nossas, foram feitas como segue. O primeiro princípio de todos então foi que houve a geração da medula. Os laços da vida que unem a alma com o corpo são feitos lá, e eles são a raiz e o fundamento da raça humana". Platão, em Tiemaus. O presente capítulo busca apresentar um histórico do pensamento humano sobre a rela- ção corpo-mente do ponto de vista filosófico, destacando escolas e doutrinas envolvidas. Ele encontra-se organizado da seguinte forma: • Seção 2.1: Apresenta uma visão das antigas civilizações sobre a relação corpo-mente; • Seção 2.2: Traz uma visão geral das doutrinas filosóficas que tratam deste tema; • Seção 2.3: Detalha a visão dualista do universo; • Seção 2.4: Discorre sobre a visão monista do universo. 2.1 A relação corpo-mente nas culturas antigas Segundo Castro e Landeira-Fernandez (2011), desde os primórdios da humanidade, em diversas civilizações – tais como Egito, Mesopotâmia, Índia e China – observa-se a construção de diversas perspectivas acerca da relação corpo-mente, contemporâneas entre si, e que refletem uma preocupação fundamental em compreender como ocorre a relação entre nossos corpos e fenômenos mentais. Contudo, a partir da civilização grega – berço do pensamento ocidental – surgem observações mais sistemáticas sobre o tema. É através das obras de Homero – poeta a quem são atribuídas as obras Ilíada e Odisséia e que teria vivido por volta do século VIII ou IX AC – que se tem informações sobre os hábitos e práticas dos gregos antigos. Embora os principais órgãos do corpo humano fossem conhecidos 2.1 A relação corpo-mente nas culturas antigas 23 dos gregos antigos, eles tinham pouco conhecimento funcional desses órgãos, exceto os conhe- cimentos mais relacionados com os ferimentos em batalha. O guerreiro do período homérico tinha a preocupação de atacar as partes adequadas do inimigo. No mais, o corpo era visto como um aglomerado de membros, e diversos sentimentos eram associados a alguns órgãos específi- cos. Em particular, era no coração que os sentimentos se manifestariam, não havendo distinção entre processo físico e psíquico (CASTRO; LANDEIRA-FERNANDEZ, 2011). De acordo com Snell (2001) inexistia a separação plenamente formulada entre mente (ou alma) e corpo nas obras da época, o que, segundo o autor, refletiria a forma de pensar do grego homérico. O termo thymos era usado algumas vezes para definir o estado de ânimo de um su- jeito, suas emoções e ímpeto, mas também poderia ser compreendido como um conceito de vida ou respiração (REALE, 2002). A phyren, localizada no diafragma, estaria ligada ao intelecto e ao pensamento, mas segundo alguns autores também poderia ser tomada como mente, juízo ou julgamento. Outro termo presente nas obras de Homero é noos, também localizado no peito, que referia-se à razão, discernimento e inteligência. Por fim, psyché referia-se ao sopro da alma e estaria associada também à respiração. No momento da morte, ela abandonaria o corpo pela boca ou através de feridas (CASTRO; LANDEIRA-FERNANDEZ, 2011). Com o surgimento da filosofia na Grécia antiga, os primeiros filósofos buscaram uma expli- cação causal ligada a fenômenos da natureza para a questão do pensamento humano, postulando a existência de um elemento primordial como ponto de partida. Tales de Mileto (623 ou 624elemento primor- dial AC – 546 ou 548 AC), considerado o primeiro filósofo, postulou que a água seria esse ele- mento primordial. Anaxímenes de Mileto – segunda metade do século VI AC – e Diógenes de Apolônia (499 AC – 428 AC) consideraram que a fonte do pensamento humano seria o ar. Empédocles de Agrigento (495 – 435 AC) considerou que a natureza era composta por quatro elementos: água, fogo, terra e ar, e dois princípios cosmológicos: amor e ódio. O filósofo pré- Socrático Alcmaeon de Crotona (século V AC) foi o primeiro a apontar o cérebro como sede da cefalocentrismorazão e das sensações (cefalocentrismo), e portanto, da mente como produto do cérebro, feito que para muitos autores é comparável com as propostas de Copérnico e Darwin em termos de revolução no conhecimento humano (DOTY, 2007). O filósofo grego Theophrastus (371 AC – 287 AC), discípulo de Aristóteles, retrataria da seguinte forma o trabalho de Alcmaeon: "Para aqueles que não explicam a percepção por similaridade, Alcméon primeiro determina a diferença entre homem e animal: ele diz que o homem difere de outro animal porque eles entendem sozinhos, ao passo que outros percebem, mas não entendem. Ele supõe que pensamento e percepção são distintos, não como Empe- docles, sobre este assunto. Então ele discute cada um dos sentidos. Ele diz que nós ouvimos com nossos ouvidos porque existe um espaço vazio dentro deles que ecoa: a cavidade soa e o ar ecoa em retorno. Nós cheiramos com nossos narizes da mesma forma que respiramos, desenhando nossa respiração com o cérebro. Nós 2.2 As doutrinas filosóficas 24 discriminamos sabores com nossas línguas; Sendo quente e macias, elas dissolvem coisas com o seu calor. Os olhos vêem por meio da água que os rodeia". Theophrastus em "Sobre os Sentidos". Stratton (1911) A Hipócrates (460 AC – 370 AC), considerado o pai da medicina, é atribuída a autoria da obra Corpus hippocraticum, uma coleção de textos médicos de grande relevância, que apon-corpus hippocra- ticum tava o cérebro como centro de todas as atividades intelectuais e cognitivas, julgamento e emo- ções, bem como de algumas doenças como convulsões e espasmos. Contudo, os humores es- tariam fundamentalmente ligados a órgãos como o fígado, baço, coração e cérebro (CASTRO; LANDEIRA-FERNANDEZ, 2011). Aristóteles (384 – 322 AC) propõe que os seres animados se diferenciariam dos seres ina- nimados por possuírem um princípio que lhes dá a vida, um princípio vital denominado almaalma (VALDUGA, 2007). Segundo ele, a alma possuiria três faculdades: a faculdade nutritiva, a fa- culdade sensitiva e a faculdade intelectiva. Os vegetais teriam a faculdade nutritiva, o princípio mais básico e elementar da vida, responsável pelas funções biológicas como nutrição, cresci- mento e geração. A faculdade sensitiva comportaria os cinco sentidos humanos (visão, audição, olfato, tato, paladar). Os animais irracionais seriam, também, dotados da alma sensitiva, que é responsável pelas sensações e daria a seus corpos a faculdade do movimento. Já a faculdadeintelecto intelectiva (o intelecto) seria uma exclusividade humana. Todos os homens desejariam, por natureza, conhecer. Aristóteles então, caracteriza o intelecto como “aquela parte da alma que permite conhecer e pensar”. 2.2 As doutrinas filosóficas Com a solidificação do entendimento do cérebro como centro da mente, e a natural evo- lução dos conceitos de matéria (ou corpo) e mente (ou alma) – e, portanto, da consciência –, surgiram ao longo dos séculos as doutrinas filosóficas que abordam essa relação. Elas podem ser agrupadas de acordo com o número de categorias, reinos ou substâncias que, em suas visões, compõem o universo. Sob essa ótica, há três doutrinas principais: i) o monismo, que defende a existência de uma única categoria ou substância no universo; ii) o dualismo, que parte do prin- cípio que existem duas categorias distintas de substâncias no universo, e iii) o pluralismo, que propõe a existência de múltiplas categorias. Uma taxonomia das diferentes visões filosóficas e seus derivados é apresentada na figura 1. Uma visão geral delas e sua relação com o problema da consciência pode ser encontrada em Reggia (2013). As duas vertentes filosóficas de maior relevância histórica (dualismo e monismo) serão discutidas nas seções a seguir. 2.3 Dualismo 25 Figura 1 - Organização das principais doutrinas filosóficas relacionadas à natureza da consciên- cia. Baseado em (REGGIA, 2013) e (SEARLE, 2004a). 2.3 Dualismo A doutrina dualista parte do princípio de que existem duas categorias ontologicamente dis-dualismo tintas de fenômenos no universo: uma física e outra não-física. De acordo com esta corrente, nenhuma dessas duas categorias pode, de qualquer forma, ser reduzida à outra. Algumas das reflexões nesse sentido remetem ao filósofo e matemático grego Platão (429–347 AC), que teve influência do Corpus hippocraticum. Ele acreditava que a alma existia previamente ao corpo em uma forma incorpórea, e que pertencia a um “reino de formas”, fora do alcance do espaço e do tempo. A alma imortal, em seu estado desencarnado, antes de sua encarnação em um corpo (para a teoria da transmigração das almas ver (PLATãO, 2011)), teria mantido contato comteoria da transmi- gração das almas essas formas e seria então delas recordada (SILVERMAN, 2012). A parte imortal da alma se- ria o logos, que se referia ao intelecto, e estaria abrigada no cérebro. A alma teria ainda duas outras partes mortais: uma localizada no coração, responsável pelos sentimentos, e outra na re- gião próxima ao fígado, sede dos desejos. A posição cefalocentrista de Platão foi disseminada através de sua obra Timeu para o mundo Árabe e para a Europa medieval e renascentista (CAS- TRO; LANDEIRA-FERNANDEZ, 2011). O conceito dos elementos fundamentais, contudo, permanecia presente na literatura da época. Em 1637, o filósofo francês René Descartes (1596–1650) enuncia o "cogito ergo sum"cogito ergo sum (penso, logo existo) (DESCARTES, 2001). Descartes concluiu que, ao colocar em dúvida a afirmação de sua existência, então algo ou alguém deveria estar formulando a dúvida. Portanto, o próprio fato de a dúvida existir provaria a existência de seu pensamento, e a sua própria. Segundo ele, a mente pensante imaterial e indivisível (res cogitans) seria capaz de interagir com um corpo mecânico e divisível do mundo material (res extensa). O ponto de interação entre corpo e mente, segundo Descartes, seria a glândula pineal, pequena glândula endócrina 2.4 Monismo 26 que se localiza no centro do cérebro, entre os dois hemisférios. Corpo e mente seriam, portanto, duas substâncias essencialmente distintas. A visão defendida por Descartes ficaria conhecida como dualismo de substância ou dualismo cartesiano, e é aceita até os dias atuais por diversasdualismo de subs- tância correntes religiosas. Uma outra variação do dualismo é o dualismo de propriedade, que afirma que pode não dualismo de propri- edade haver uma distinção de substância entre mente e corpo, mas que estas poderiam ser propriedades distintas de uma mesma substância, mas ainda categoricamente distintas e não redutíveis uma à outra. Embora nem todos os pesquisadores refutem o dualismo (ECCLES, 1994), sua aceitação junto à comunidade científica tem sido muito baixa em função de seus aspectos não-físicos, e a consequente impossibilidade de sua investigação segundo métodos científicos. 2.4 Monismo O monismo é a doutrina filosófica que defende que tudo o que conhecemos decorre damonismo existência de uma única substância no universo. Sob uma perspectiva monista, o idealismo idealismo (KANT, 2003) é a vertente que defende que apenas o pensamento existe, e que a matéria, tal como a conhecemos é, na verdade, uma mera ilusão, uma manifestação da consciência. Uma das correntes derivadas do idealismo é o solipsismo, que argumenta que a única coisa da qual solipsismo se assegura a existência é da própria mente. Segundo o proposto pelo pensador grego Gorgias de Leontini (483-–375 AC), em seu trabalho "Sobre a natureza ou o não-existente", do qual não existem cópias e cujo teor é conhecido apenas através de citações por outros autores, há três premissas fundamentais: i) nada existe; ii) Ainda que algo exista, nada pode se conhecer sobre isso, e iii) Ainda que algo pudesse ser conhecido sobre isso, o conhecimento sobre isso não poderia ser comunicado aos outros. O solipsismo é atribuído a Max Stirner, pseudônimo do filósofo alemão Johann Kaspar Schmidt (1806–1856). Sob um outro prisma, o monismo neutro James (1904) é a corrente que defende que a natureza intrínseca de tudo o que existemonismo neutro não é física nem mental: ambas, matéria e mente, seriam manifestações de um mesmo elemento distinto de ambos. Em uma linha que diverge das correntes anteriores, o materialismo, termo cunhado em materialismo1674 pelo filósofo irlandês Robert Boyle (1627–1691), é a corrente que sustenta que a única coisa da qual se pode afirmar a existência é a matéria. Desta forma, tudo seria composto de matéria e todos os fenômenos seriam resultado de interações materiais. Mesmo a consciência teria uma explicação científica que em última análise ainda será descoberta. O materialismo é, portanto, uma doutrina filosófica propícia ao estudo da consciência. Um dos primeiros defensores da teoria materialista foi o filósofo inglês Thomas Hobbes (1588–1679), conhecido por seus trabalhos no campo da filosofia política. Para Hobbes, todas as experiências humanas poderiam ser explicadas através de processos biológicos presentes no 2.4 Monismo 27 corpo: "O mundo – não quero dizer apenas a terra (...) mas também todo o universo, isto é, toda a massa de todas as coisas que existem – é corpóreo, isto é, corpo, e tem as dimensões de grandeza, a saber, comprimento, largura e profundidade; também qualquer parte do corpo é igualmente corpo e tem as mesmas dimensões, e consequentemente qualquer parte do universo é corpo e aquilo que não é corpo não é parte do universo. E porque o universo é tudo, o que não é parte dele não é nada e não está em nenhum lugar ". Hobbes (2003, p. 599) Com o passar dos anos, a filosofia materialista foi abordada sob diferentes perspectivas. O fisicalismo é a corrente materialista segundo a qual a linguagem da física deverá ser a lin- fisicalismo guagem universal de toda a ciência. Por sua vez, o fisicalismo pode ser abordado segundo duas óticas principais: o fisicalismo redutivo afirma que todo o universo – processos orgâni- fisicalismo redutivo cos e inorgânicos – pode ser explicado pelas leis da natureza e da física. Por outro lado, o fisicalismo não-redutivo tem como ideia central que mesmo derivando de estados físicos, os fisicalismo não- redutivo estados mentais teria propriedades que não seriam totalmente explicáveis pelas propriedades físicas fundamentais. O behaviorismo (SKINNER, 1992) – ou comportamentalismo – substitui a discussão da behaviorismoexistência da mente e dos estados mentais por uma análise baseada apenas no comportamento das entidades. O materialismo eliminativo argumenta que os conceitos mentais tais como os materialismo elimina- tivo formulamos não são abordados atualmente por uma teoria adequada, e que, portanto, nossa perspectiva de senso comum sobre esse tema está fundamentalmente errada por fazer uso des- tes conceitos (CHURCHLAND, 2004). O materialismo redutivo defende que estados mentais materialismo redutivo podem ser reduzidos a – e são efetivamente o mesmo que – estados físicos no cérebro (CHUR- CHLAND, 2004) (MASLIN, 2001). A mente é, portanto, equivalente ao estado eletroquímico das redes neurais biológicas (REGGIA, 2013) Uma das teorias de maior relevância nesse cenário é o funcionalismo, que sustenta que a funcionalismomente resulta de matéria organizada de uma forma particular. Em outros termos: os estados mentais corresponderiam a estados do cérebro devido ao funcionamento do cérebro, e não de- vido a sua estrutura física ou composição. Um conceito bastante próximo é o computacionalismo,computa- cionalismo que é a hipótese de que as relações funcionais entre entradas e saídas mentais e estados internos são computáveis. Searle (2004b) descreve o argumento computacionalismo da seguinte fora: o cérebro é um computador e a mente é um programa de computador. Do ponto de vista da possibilidade da criação de máquinas conscientes, as óticas funcionalista ou computacionalista não são impeditivas, por exemplo, à possibilidade de que uma arquitetura baseada em silício 2.4 Monismo 28 – ou outro substrato físico qualquer – possa dar suporte ao surgimento de mentes ou consci- ência em entidades totalmente artificiais se esta arquitetura for capaz de apresentar as mesmas funcionalidades essenciais do cérebro: "Se a organização é realizada em circuitos integrados, na população da China ou em latas de cerveja e bolas de pingue-pongue não importa. Contanto que a organização funcional esteja correta, a experiência consciente será determinada". Chalmers (1996) Esta visão também é conhecida entre os pesquisadores da área de Inteligência Artificial como IA forte, e defende que é possível a criação de máquinas inteligentes ou auto-conscientesIA forte baseadas em computador que sejam capazes de raciocinar e resolver problemas. Esta visão contrasta com a visão da IA fraca, que apresenta o computador apenas como uma ferramentaIA fraca útil para fazer simulações da mente sem necessariamente ser capaz de gerar um ser consciente, da mesma forma como pode ser usado para fazer simulações meteorológicas, sem, contudo, produzir frio. 29 3 FUNDAMENTOS DA ATENÇÃO “Abra os olhos, ouvidos, mente e consciência para a verdade que está a sua frente. Você pode vê-la, mas só se você prestar atenção.” Kenneth G. Ortiz A atenção desempenha um papel de grande relevância na cognição humana. De fato, aten- ção e consciência são dois fenômenos próximos, com limites tênues e freqüentemente confun- didos. Para o entendimento do mecanismo da consciência, faz-se necessário o entendimento do mecanismo atencional e seus principais fundamentos. O presente capítulo apresenta uma visão geral da atenção, e encontra-se dividido da seguinte forma: • Seção 3.1: Discute o conceito de atenção; • Seção 3.2: Apresenta as principais categorias da atenção; • Seção 3.3: Explicita alguns dos conceitos fundamentais da atenção. 3.1 O que é atenção? Os seres humanos são atingidos a todo instante por uma grande quantidade de estímulos (visuais, tácteis, olfativos, etc.), não apenas de origem externa ao nosso corpo (estímulos pro- venientes da observação de outros seres ou do mundo), mas também de origem interna (fome, sede, cansaço, dor, etc.). Embora seja uma máquina notável, nosso cérebro é capaz de proces- sar apenas uma fração de todos esses estímulos recebidos. O processo cognitivo que realiza a seleção desses estímulos – promovendo alguns deles em detrimento de outros – é o que cha- mamos atenção. A atenção pode ser entendida, portanto, como o ato ou estado de atenderatenção especialmente através da aplicação da mente a um objeto do sentido ou pensamento, ou ainda como uma condição de prontidão que seletivamente estreita ou foca a consciência e a receptivi- dade dos estímulos (COLOMBINI, 2014). Uma outra definição mais próxima à neurociência é apresentada por Cohen et al. (2012): 3.1 O que é atenção? 30 “Atenção refere-se ao mecanismo cognitivo que permite que certas informações se- jam processadas mais minuciosamente no córtex do que informações não-selecionadas. Adicionalmente, é provável que a atenção permita à informação ser mais total- mente transmitida entre as regiões corticais que a informação não-atendida.” Cohen et al. (2012, p. 411) É possível identificar diversas características particulares na atenção. Algumas delas são (JAMES, 1890): i) A possibilidade de um indivíduo exercer um controle voluntário da aten- ção; ii) A incapacidade de um indivíduo atender a diferentes estímulos simultaneamente, e iii) A capacidade limitada do processo atencional. Essas são apenas algumas das primeiras carac- terísticas identificadas dentre as várias que podem ser citadas sobre esse mecanismo. Assim como no estudo de outros processos cognitivos, o estudo da atenção também pode ser feito sob diferentes perspectivas: cognitiva, neural, sistema nervoso, celular, genético, dentre outros. Nenhuma delas é ainda capaz de, isoladamente, descrevê-la de uma forma plena (POSNER, 2004), o que torna necessário o conhecimento de diversas dessas diversas abordagens para a compreensão desse fenômeno. A atenção não tem uma única função e não existe um único centro da atenção no cérebro hu- mano (GHAZANFAR; SCHROEDER, 2006). De fato, estudos com imagens cerebrais e dados neurofisiológicos corroboram a ideia de que a atenção não é nem uma propriedade de uma área do cérebro, nem do cérebro inteiro, mas um processo realizado por uma rede de áreas anatô- micas (CORBETTA; SHULMAN, 2002). Os sinais da atenção gerados em diferentes regiões do cérebro influenciam fortemente o processamento motor, associativo e serial do indivíduo, e, em última instância, o comportamento humano. Esses resultados representam um substancial progresso no esforço para determinar como a atividade cerebral é regulada através da atenção (POSNER; DEHAENE, 1994). Diversos autores entendem que a atenção, percepção e aprendizado são funções fortemente inter-relacionadas. Se atenção e percepção existem, por exemplo, então pode ocorrer aprendi- zado. Quando o indivíduo está atento, também pode ocorrer uma recordação (recall) voluntá-recordar ria. É possível estimular o desenvolvimento de habilidades para realizar algumas tarefas espe- cíficas utilizando um tipo específico de atenção: a atenção sustentada. Desta forma, a atenção é fundamental para muitas atividades cruciais executadas pelo cérebro, tais como: percepção, recordação voluntária e desenvolvimento de habilidades (PARASURAMAN, 1998). Embora alguns autores tenham teorizado no passado que não haveria uma teoria especí- fica sobre atenção (MORAY, 1969) ou que não existiriam mecanismos de atenção (NEISSER, 1976), a teoria mais aceita atualmente é a de que a atenção é um conjunto finito de processos cerebrais que interage com outros processos cerebrais para realizar tarefas motoras, cognitivas e da percepção (PARASURAMAN, 1998). Além disso, novos métodos e técnicas desenvolvidas 3.2 Taxonomia da Atenção 31 na área de neurociência cognitiva forneceram meios de detalhar e testar hipóteses atencionais (LI et al., 2007), baseando as conclusões em evidências empíricas. 3.2 Taxonomia da Atenção Há muitas formas diferentes para classificar a atenção. A figura 2 apresenta a estrutura do sistema atencional adaptado por Colombini (2014) a partir de Gazzaniga, Ivry e Mangun (2002) e Lima (2005). Em um primeiro nível são apresentados os estados globais necessários para que a atenção exista. A atenção somente pode ser aplicada se o agente estiver em um estado desperto. Contudo, não é necessário apenas estar acordado, mas existe a necessidade de um estado atentivo, isto é, um estado geral sensitivo gerado no fluxo cerebral que prepara o sistema para receber estímulos (LENT, 2002). Uma vez que o estado de atentividade é alcançado, alguém pode atender ou ignorar um estímulo. Finalmente, de acordo com o tempo e natureza da tarefa, um dos componentes atencionais pode ser aplicado. Figura 2 - Taxonomia da atenção: estados globais, seletivos e atencionais. Adaptado de (CO- LOMBINI, 2014). Algumas das possíveis classificações para a atenção segundo diferentes aspectos são (CO- LOMBINI, 2014): • Considerando seus componentes: seletiva (selective), sustentada (sustained), orientada (oriented) e dividida (divided); • Considerando as funções do processo atencional: percepção seletiva e cognição seletiva; • Considerando o status da atenção: evidente (overt) ou encoberta (covert); 3.3 Conceitos fundamentais 32 • Considerando a natureza do processo de acordo com o estímulo: top-down ou bottom-up. Esses conceitos serão detalhados na próxima seção. 3.3 Conceitos fundamentais Um processo atencional pode ser disparado basicamente de duas formas distintas. A aten-exógeno ção exógena, extrínseca, automática, reflexiva ou simplesmente bottom-up refere-se a um pro- bottom- up cesso atencional iniciado involuntariamente (POSNER, 1980). Os estímulos são apresentados de forma inesperada, e qualquer tipo de estímulo (intensidade, contraste, movimento, etc.) pode despertar a atenção desta forma. Por outro lado, o processo denominado atenção endógena ou endógeno simplesmente top-down refere-se a um processo atencional voluntário e controlado iniciado top-down por processos cognitivos ou psicológicos (JONIDES, 1981), havendo neste caso uma mobiliza- ção consciente da atenção. Uma representação esquemática da influência da atenção top-donw e bottom-up no processo atencional é apresentada na figura 3a. A atenção seletiva representa a capacidade do mecanismo atencional de escolher um es-atenção seletiva tímulo em detrimento a outro. É o mecanismo básico que suporta a atenção agindo como o componente que permite ao cérebro dar uma resposta coerente na presença de muitos dis- tratores e estímulos que estejam competindo. Conforme apresentado na figura 3b, a atenção seletiva recebe um conjunto de estímulos que são então pesados de acordo com sua relevân- cia. O valor mais alto do estímulo ganha a atenção. Este é provavelmente o componente mais estudado – e compreendido – do mecanismo atencional (DUNCAN, 1984) (TIPPER, 1985) (LABERGE; BROWN, 1989) (KANWISHER; DRIVER, 1992) (POSNER; DEHAENE, 1994) (CAVE; PASHLER, 1995). A atenção orientada ou atenção alternada tem a habilidade de alterar o foco atencionalatenção orientada deixando um estímulo por outro. Está fundamentalmente ligado à habilidade de coordenar o curso de tarefas simultâneas. Usualmente esta função de controle da atenção está ligada a uma central executiva (de hierarquia mais elevada) que gerencia as atividades do processo de informação no cérebro (ALLPORT; ANTONIS; REYNOLDS, 1972). A atenção orientada é apresentada esquematicamente na figura 3c. Uma outra distinção importante na atenção é entre seleção antecipada e seleção tardia (JOHNSON; PROCTOR, 2004). Na seleção tardia (late selection), toda a informação atingeseleção tardia o estágio de codificação semântica e é igualmente processada pelo sistema de percepção. Já na seleção antecipada (early selection), o estímulo não requer processamento completo e proces-seleção anteci- pada samento semântico para ser aceito ou rejeitado. Neste caso a atenção atua mais proximamente a um filtro em um estágio inicial. 3.3 Conceitos fundamentais 33 (a) (b) (c) Figura 3 - Representação esquemática de diferentes aspectos da atenção: a) Influência da aten- ção top-down e bottom-up sobre o mecanismo atencional; b) Influência da atenção seletiva sobre o mecanismo atencional; c) Influência da atenção orientada sobre o mecanismo atencional. Adaptadas de (COLOMBINI, 2014). A atenção sustentada, também conhecida como estado de vigilância (vigilance), é o sub-atenção susten- tada vigilância sistema da atenção que permite a manutenção do objetivo sobre o tempo através da concentra- ção do foco diretamente em um estímulo específico de forma a completar uma tarefa planejada (COLOMBINI, 2014). Quando utilizada de forma eventual um de seus efeitos conhecidos é o aumento da percepção em um ponto (NARAIN, 2006). Contudo, alguns estudos apontam que a manutenção da atenção em um mesmo ponto por longos períodos de tempo pode prejudicar a atenção (LING; CARRASCO, 2006). Sua aplicação típica ocorre da seguinte forma: i) a per- cepção torna-se mais sensível ao estímulo; ii) a percepção é direcionada a este estímulo, e iii) ocorre a liberação deste ponto do foco da atenção (DEGANGI; PORGES, 1990). Após certo período, para que a atenção seja mantida no mesmo ponto serão necessárias tipicamente taxas de disparo neurais muito mais elevadas. A atenção dividida é o nível mais elevado da atenção. Refere-se à capacidade de responderatenção dividida a estímulos de múltiplas tarefas ou atender demandas de múltiplas tarefas. A atenção dividida apenas pode operar duas tarefas simultaneamente se uma delas for mediada por processos au- tomáticos enquanto a outra é mediada por processos cognitivos (EYSENCK, 2004). A atenção é ainda denominada atenção evidente (overt attention) tipicamente quando osatenção evidente olhos do indivíduo são movidos na direção do estímulo atendido: ocorre uma alteração no foco da atenção acompanhada da ação física. Contudo, é possível que essas duas ações ocorram de forma dissociada (POSNER, 1980) (WRIGHT; WARD, 2008). Na atenção encoberta (covertatenção enco- berta 3.3 Conceitos fundamentais 34 attention) ocorre o ato de alguém, mentalmente, considerar a movimentação do foco dos olhos sem, contudo, movê-los. Trata-se de uma ação mental que, mesmo não sendo uma ação física, tem impactos no processo e no mecanismo atencional. Por fim, consideremos agora a natureza dos estímulos do processo atencional. A seleçãoseleção para per- cepção para percepção, ou percepção seletiva, refere-se aos processos que direcionam a atenção para o tratamento dos estímulos externos do ambiente. Por outro lado, a seleção para ação, ou seleção para ação algumas vezes denominada cognição seletiva, refere-se ao processo atencional que envolve estímulos internos, bem como processos mentais do indivíduo (motivação, memória, etc.) (CO- LOMBINI, 2014). 35 4 FUNDAMENTOS DA CONSCIÊNCIA "Que algo tão extraordinário como um estado de consciência surja em consequên- cia de irradiação do tecido nervoso é tão inexplicável quanto o aparecimento do gênio quando Aladim esfregou a lâmpada ". Thomas Huxley citado em Pinker (2001, p. 144). O presente capítulo busca apresentar alguns dos principais conceitos, problemas e ques- tões relacionados aos diferentes aspectos da consciência. Este capítulo encontra-se dividido da seguinte forma: • Seção 4.1: Discute as definições para consciência; • Seção 4.2: Expõe alguns dos conceitos fundamentais relacionados à consciência; • Seção 4.3: Apresenta a relação entre consciência e atenção; • Seção 4.4: Introduz os problemas fundamentais relacionados com a consciência, especi- ficamente o conceito do qualia; • Seção 4.5: Discute a questão da indivisibilidade da consciência; • Seção 4.6: Apresenta os principais conceitos referentes à avaliação da consciência, des- tacando a metodologia denominada ConScale. 4.1 O que é consciência? Antes de iniciar a discussão sobre a – possibilidade da – consciência em máquinas, parece relevante apresentar uma definição formal do que vem a ser consciência. Contudo, esta não é uma tarefa simples. Não há um consenso sobre a definição de consciência, e nem mesmo um consenso sobre a existência de uma definição para ela. Para Descartes, por exemplo, a 4.1 O que é consciência? 36 consciência seria um elemento teórico primitivo. Em outras palavras, a consciência não poderia ser explicada, possivelmente por ser aquilo que é pressuposto na explicação do que quer que seja. As definições de consciência variam conforme a linha filosófica do autor, sua área de pesquisa principal (psicologia, engenharia, neurociência, computação, etc.), dentre outros. Com o intuito de propor algumas definições introdutórias de cunho mais geral para a consciência, apresenta-se a seguir algumas das proposições feitas por autores ligados à área: “Consciência é todo o que experienciamos.” Tononi (2004, p. 2) “Consciência é a habilidade humana de atribuir sentimento a capacidades mentais especializadas (tais como pensamento, emoções e fala).” Gazzaniga, Ivry e Mangun (2002) “Consciência é o processo que permite que informações relevantes permaneçam on-line tempo suficiente de forma que elas sejam sincronamente processadas por múltiplas redes corticais.” Cohen et al. (2012, p. 412) “Consciência se refere àqueles estados de sensibilidade e ciência que começam normalmente quando acordamos de um sono sem sonho e continua até que durma- mos novamente, caiamos em coma, morramos ou fiquemos “inconscientes”. ” Searle (2004b) “Nós simplesmente definimos a consciência como a experiência subjetiva que al- guém tem quando acordado, seguindo sugestões anteriores de que uma definição mais precisa, dada nosso conhecimento científico inadequado da consciência neste momento, é melhor deixado para o futuro.” Reggia (2013, p. 112) “A consciência resulta da interação complexa da associação de áreas multimodais, ao menos, dos córtex parietotemporal e límbico no cérebro do animal, e refere-se à capacidade de experimentar a si mesmo como sendo um sujeito no passado, pre- sente e futuro, incluindo a reflexão em si mesmo como um ser que está atento ao 4.1 O que é consciência? 37 ambiente que o cerca. Eu digo capacidade porque um ser consciente não precisa estar engajado em uma experiência a todo momento de sua vida. Aqui, a consci- ência está associada com termos como: experiência, subjetividade, reflexão sobre a consciência” Arp (2007, p. 102) Embora seja possível perceber que as várias definições compartilham uma filosofia comum, as diferentes interpretações trazem à discussão – algumas vezes de forma indireta – questões da maior relevância. Algumas dessas definições apresentam a consciência, por exemplo, como um atributo intrinsecamente ligado ao ser humano, excluindo desta forma a possibilidade de que outros seres vivos, tais como animais ou mesmo plantas, possam ter algum tipo de consciência, mesmo que primitiva. Outros designam consciência como um estado que poderia, em tese, ser partilhado por outros seres vivos. Segundo algumas das definições, nem mesmo todos os seres humanos seriam ditos conscientes. Alguns, por fim, acreditam que não temos – seja neste momento ou seja permanentemente – condições de compreender o que é a consciência. De uma forma geral, contudo, podemos entender a consciência como fundamentalmente ligada às experiências subjetivas do ser, e intrinsecamente ligada a outros elementos cognitivos, tais como: pensamentos, emoções, intenção. Greenfield (2000) introduz ainda o conceito de contínuo de consciência (continuum of consciousness), argumentando que a consciência é umcontínuo de cons- ciência processo dinâmico, e que muda com o desenvolvimento do cérebro. Já em se tratando da consciência de máquina, uma definição que parece capturar os ele- consciência de máquina mentos essenciais é: “Consciência de máquina poderia ser considerada como o campo da Inteligência Artificial especificamente relacionado com a produção de processos conscientes em dispositivos de engenharia (hardware ou software). ” Moreno, Espino e Miguel (2007) Uma definição mais detalhada, e que via de regra será tomada como base no decorrer deste trabalho, é apresentada por Starzyk e Prasad (2011): “Uma máquina é consciente se apesar dos mecanismos requeridos de percepção, ação, aprendizado, e memória associativa, ela tem uma central executiva que con- trola todos os processos (conscientes ou subconscientes) da máquina; A central executiva é conduzida pela motivação da máquina e seleção de objetivos, cha- veamento da atenção, memória episódica e semântica e usa percepção cognitiva e entendimento cognitivo das motivações, pensamentos ou planos para controlar aprendizado, atenção, motivação e monitorar ações.” 4.2 Conceitos fundamentais 38 Starzyk e Prasad (2011, p. 264) Uma definição conjunta para os conceitos de consciência natural e artificial é proposta por consciência natural e artificial Nisargadatta (1973), e encontra-se representada na figura 4. O autor propõe uma relação da consciência com três conceitos distintos: inteligência, vida e atentividade. Nessa visão, o termo consciência refere-se ao conhecimento do “eu”. A atentividade – que poderíamos definir neste momento como a capacidade de estar atento ao mundo que o cerca – seria um conceito mais abrangente, um superconjunto da consciência, e um pré-requisito para sua existência. Por outro lado, um sistema que não é inteligente não poderia ser consciente: uma planta, por exemplo, poderia estar atenta a algo, mas não possuiria as estruturas necessárias para a inteligência, e, portanto, não estaria consciente do que ocorre ao seu redor. Por fim, um sistema consciente não precisaria necessariamente estar vivo, e, portanto, a consciência artificial poderia ser implemen- tada em uma máquina (STARZYK; PRASAD, 2011). Figura 4 - Relação entre consciência, inteligência, atentividade e vida. Adaptado de (STARZYK; PRASAD, 2011). 4.2 Conceitos fundamentais Para a discussão da consciência que será feita nos capítulos a seguir é necessário apre- sentarmos as definições para alguns termos. Muitos deles, contudo, possuem conceitos muito próximos, pouco precisos, ou muitas vezes conflitantes dependendo-se do autor adotado. Um problema adicional na definição de alguns termos é causado pela língua: diversos termos com significado distinto em língua inglesa (tais como sentience, awarness e consciousness) são mui- tas vezes traduzidos para a língua portuguesa como “consciência” de uma forma genérica. Adotaremos no âmbito deste trabalho algumas definições baseadas em Arp (2007). Se- gundo ele, a senciência (sentience) é a consciência no senso genérico de tratar-se simplesmente senciência 4.2 Conceitos fundamentais 39 de uma criatura senciente1, capaz de sentir e responder ao seu mundo (GULICK, 2014) (ARMS- TRONG, 1981). A Atentividade (awareness) refere-se ao processamento que ocorre como um atentividade resultado da interação do sistema nervoso do animal (inclusive aparato sensório) e seu ambi- ente, de forma que este processamento resulta em uma habilidade básica do animal de reagir a estímulos recebidos do ambiente. A atentividade, portanto, é associada com termos como senci- ência, percepção, cognição. A atentividade não precisa estar necessariamente acompanhada de consciência. Uma minhoca, por exemplo, pode ser atenta sem ser consciente. Já um ser humano pode ser atento e consciente (ARP, 2007). A auto-ciência (self-awareness) é relacionada comauto- ciência o ter consciência de si (SEARLE, 2004b), isto é, a capacidade para introspecção e a habilidade de reconhecer a si mesmo como um indivíduo separado do ambiente e de outros indivíduos. Já a Auto-consciência (self-consciousness) é um termo de definição mais complexa. Algunsauto- consciência autores entendem a auto-consciência como sinônimo de auto-ciência ou de consciência no seu sentido funcional minimalista (STARZYK; PRASAD, 2011). Contudo, é possível identificar na literatura pelo menos quatro significados distintos para auto-consciência (ARP, 2007): (i) Consciência de suas próprias sensações corporais e de seus próprios movimentos (pre- sente em diversos animais); (ii) Habilidade de reconhecer a si mesmo em um espelho (habilidade demonstrada em chim- panzés a partir de 4,5 anos de idade, em seres humanos tipicamente entre os 15 e 24 meses, e também em golfinhos); (iii) Consciência de alguma coisa (suponha que você veja alguém roubando a carteira de outra pessoa. Uma coisa seria perceber o que está acontecendo e pensar sobre o ladrão, a vítima e o ato. Outra é estar consciente de que você está vendo isto e pensar sobre o que pode ser esperado de você naquela situação, o que você acredita que deveria fazer, e se você estaria em risco se outro ladrão perceber que você é uma possível testemunha do crime); (iv) Consciência de uma decisão (quando alguém está consciente de uma intenção de agir antes de iniciar uma ação, ele pode não somente antecipar consequências, mas confrontar diferentes possíveis cursos de ação). O conceito de noética refere-se ao pensamento e à razão. A consciência autonoética (au-noética consciência autonoé- tica tonoetic consciousness) é definida como a habilidade humana de mentalmente colocar-se no passado e no futuro, utilizando sua capacidade de raciocínio, anteceder situações e analisar seus próprios pensamentos. Outro conceito comum na literatura da área de consciência é a volição volição (volition), vontade ou intencionalidade, é o processo cognitivo pelo qual um indivíduo se de- cide a praticar uma ação em particular. Segundo Broonen et al. (2011), volição é a atividade mental através da qual as intenções são implementadas. Segundo o autor, quando alguém temintenção 1Senciência: é a capacidade de sofrer ou sentir prazer ou felicidade; 4.2 Conceitos fundamentais 40 a intenção de agir, mas não põe as intenções em prática, tem-se uma lacuna entre intenção e comportamento. A motivação não seria suficiente: a volição é necessária. Uma representação gráfica de um modelo de relação entre motivação e volição é apresentado na figura 5. Figura 5 - Relação entre intenção e volição. Adaptação do modelo das fases da ação na terapia de reabilitação. As caixas descrevem as tarefas específicas associadas com cada uma das quatro fases. Adaptado de (BROONEN et al., 2011). Por fim, dois conceitos também freqüentes no universo da consciência são o princípio daprincípio da dife- renciação diferenciação, que considera que a informação – na forma apropriada para o uso em sistemas cognitivos – é gerada quando existe diferenciação entre estímulos no mecanismo de percepção, e oprincípio da integração, segundo o qual experiências seriam geradas através da integraçãoprincípio da inte- gração de diferentes informações. Segundo Metzinger (2000), o esboço de uma teoria que aborde a realidade sob a perspectiva da primeira pessoa seria o primeiro passo para a construção de agentes conscientes. O trabalho destaca três propriedades consideradas de relevância central para o tema: • Possessividade: (mineness), isto é, o senso de pertinência, a apropriação fenomenológica possessividade de partes do corpo; • Individualidade: (selfhood), ou seja, a experiência consciente de ser alguém; individualidade • perspectividade: (perspectivalness), experiência de nossos estados mentais que reque- perspectividade rem a adoção de um ponto de vista. 4.2.1 Memória Freqüentemente os processos cognitivos associados à consciência relacionam-se com a memória. O conceito que entendemos de forma genérica como memória, na verdade com-memória preende um conjunto de tipos distintos de memória presentes em diferentes regiões cerebrais 4.2 Conceitos fundamentais 41 e com diferentes sistemáticas de funcionamento. Ela provê meios para armazenar experiên- cias, integrando-as com conceitos mais abstratos, e é capaz de recordar ou lembrar (recall)recordar em situações específicas. Um primeiro conceito associado às memórias diz respeito à forma de armazenamento de suas informações. As memórias declarativas podem ser descritas comomemória declara- tiva as memórias que são conscientemente acessadas. São facilmente verbalizadas e seu conteúdo é descrito na linguagem corrente, e em geral assumem valor verdadeiro ou falso (STACHOWICZ; KRUIJFF, 2012). Já as memórias memórias não declarativas não caracterizam-se pela repre-memória não- declarativa sentação da informação como verdadeiro ou falso. Nelas existe um compromisso com a disposi- ção da informação, e o acesso das informações é usualmente expresso por meio de desempenho em vez de recordação (SQUIRE, 2004) (STACHOWICZ; KRUIJFF, 2012). As memórias po- dem ainda ser classificadas como memórias retrospectivas, aquelas relacionadas aos eventos ememória retros- pectiva experiências passadas, e as memórias prospectivas, ou seja, aquelas ligadas a ações futuras, isto memória prospec- tiva é, aquela ligada a pensamentos ou necessidades do indivíduo no futuro (NEVID, 2009). Uma outra distinção usual na literatura é com relação ao tempo de armazenamento na memória. As memórias de curto prazo (short-term memories - STM) são as que possuem a capacidade de memória de curto prazo armazenar uma pequena quantidade de informação na mente de uma forma ativa, em um estado prontamente disponível por um curto espaço de tempo. Já as memórias de longo prazo (long- memória de longo prazo term memories - LTM) representam um estágio final de armazenamento no qual a informação é armazenada por longos períodos de tempo (tipicamente indefinidamente). Uma taxonomia usualmente aceita para a memória humana é apresentada na figura 6. Figura 6 - Taxonomia da memória humana. Adaptado de (SCHACTER; WAGNER; BUCK- NER, 2000). Uma taxonomia que baseia-se na função realizada por cada tipo de memória foi inicial- mente proposta por Tulving (1972). Segundo alguns autores (SCHACTER; WAGNER; BUCK- NER, 2000) (STACHOWICZ; KRUIJFF, 2012), as memórias podem ser divididas em: • Memória de trabalho (working memory): é uma memória de curto prazo com capaci-memória de trabalho dade de armazenamento limitado. Armazena informação utilizadas para o raciocínio em curso, isto é, uma representação interna/mental de situações correntes. Como uma memó- ria de curto-prazo, especula-se que armazene tipicamente até 7 informações simultâneas 4.2 Conceitos fundamentais 42 por cerca de 20 a 30 segundos; • Memória procedimental ou memória de produção (production memory ou proceduralmemória de produção memory): armazena conhecimento procedimental como regras de produção com pares condição-acão. As informações são armazenadas de forma não-declarativa. Em siste- mas biológicos, esta memória localiza-se no corpo estriado (striatum) (STACHOWICZ; KRUIJFF, 2012); • Memória episódica (episodic memory): refere-se a eventos específicos (o que, quando ememória episódica onde). É sensível ao contexto e histórico no qual a situação ocorreu, e as informações são armazenadas de forma declarativa. Mantém uma ordem cronológica dos episódios (aten- tividade temporal). Contém eventos de experiência pessoal embarcados em seu contexto espaço-temporal. Em sistemas biológicos, esta memória é observada no lóbulo temporal medial, diencéfalo e córtex pré-frontal (STACHOWICZ; KRUIJFF, 2012). A memó- ria episódica é considerada muito ligada à auto-consciência. O termo memória como a episódica (episodic-like memory) é atribuído a um sistema de memória que atende aos seguintes critérios (CLAYTON; DICKINSON, 1998) (CLAYTON; BUSSEY; DICKIN-critérios memória episódica SON, 2003): – Conteúdo: baseado na informação de uma experiência sobre o que aconteceu, o que, quando e onde é armazenado; – Estrutura: A informação o que, onde e quando forma uma representação integrada, ou seja, buscando-se qualquer das características automaticamente as demais são acessadas; – Flexibilidade: A informação armazenada possui natureza declarativa e pode ser depositada de forma flexível. Em particular, pode interagir com conhecimento se- mântico sempre, mesmo se o conhecimento foi adquirido depois que o episódio foi registrado na memória; • Memória semântica (semantic memory): armazena fatos gerais e abstratos, independentememória semân- tica de contexto específico ou da forma como as informações foram aprendidas. As informa- ções são armazenadas de forma declarativa. Contém o conhecimento geral do indivíduo sobre o mundo. Assim como a memória episódica, em sistemas biológicos a memória semântica é localizada no lóbulo temporal medial, diencéfalo e córtex pré-frontal (STA- CHOWICZ; KRUIJFF, 2012). Alguns autores (JOCKEL; WESTHOFF; ZHANG, 2007) sugerem ainda a existência da memória autobiográfica, que seria composta por episódios recordados sobre a vida do própriomemória autobio- gráfica indivíduo. Outros autores já sugerem que a memória autobiográfica seria, na verdade, a pró- pria memória episódica ou uma sub-área desta (NEVID, 2009). Alguns autores (FRANKLIN, 4.3 A relação entre consciência e atenção 43 2005) admitem ainda a existência de uma memória perceptual (perceptual memory) relacio-memória percep- tual nada à habilidade de interpretar estímulos recebidos através do reconhecimento de indivíduos, categorizando-os, e observando relações entre esses indivíduos e categorias. Esta memória se preocuparia, portanto, com a coleção de objetos de mesma categoria, observando, por exemplo, uma floresta ao invés das árvores individuais. Alguns argumentam que trata-se da própria me- mória episódica. Franklin (2005) observa que crianças que ainda não desenvolveram a memória episódica estão aptas a reconhecer e categorizar. 4.3 A relação entre consciência e atenção A cada instante de tempo, uma pessoa somente está consciente de uma fração da infor- mação sensória que ela recebe (REGGIA, 2013). O mecanismo da atenção, desta forma, é o responsável por selecionar ativamente quais, dentre todos os estímulos recebidos pelo indiví- duo, receberá o foco da atenção. Esta seleção é feita continuamente pelo sujeito baseada em parâmetros dos objetos do mundo, tais como forma, tamanho, cor, cheiro, som, dentre outros. Quando retiramos nossa atenção desse objeto, ele desaparece da consciência. Essa é a base dos principais argumentos utilizados pelos que defendem que consciência e atenção são conceitos profundamente relacionados (POSNER; DEHAENE, 1994) (VELMANS, 1996) (MERIKLE; JOORDENS, 1997) (O’REGAN; NOE, 2001) (KOCH; TSUCHIYA, 2007). Embora trate-se de conceitos que mantém grande proximidade, consciência e atenção não são, ao menos aparentemente, o mesmo processo (KOCH; TSUCHIYA, 2007) (TAYLOR, 2010). Alguns autores argumentam que trata-se de dois processos distintos, que têm funções e mecanismos neurais distintos (KOCH, 2004) (HARDCASTLE, 1997) (LAMME, 2003) (WO- ODMAN; LUCK, 2003) (TALLON-BAUDRY, 2012), e que ocorrem conjuntamente. De fato, é possível identificar situações que despertam e que não despertam a consciência em proces- sos atencionais top-down. Na mesma linha de raciocínio, alguns autores colocam a questão da percepção às cegas (blindsight), uma doença onde os pacientes demonstram ser capazes de responder funcionalmente a características externas – isto é, demonstram atenção – mas não reportam ter consciência sobre elas (GRASSIA, 2001) (GRASSIA, 2004). Desta forma, corrobora-se a interpretação de que consciência e atenção seriam processos distintos (KOCH; TSUCHIYA, 2007). Mas se atenção e consciência são processos tão próximos, porém distintos, cabe questionar: quais exatamente seriam os limites de atuação desses processos? Alguns argumentos de ordem filosófica propostos por Grassia (2001) e Grassia (2004) observam que: (I) O conhecimento do processamento atencional é em 3a pessoa; (II) O conhecimento do estado de consciência é em 1a pessoa; 4.4 Os problemas da consciência e o qualia 44 (III) O conhecimento em 1a e 3a pessoas são irredutíveis um ao outro. Pelas afirmações realizadas, não somente corrobora-se a distinção entre esses dois proces- sos como enfatiza-se sua clara distinção de propósito. É importante mencionar aqui que muitos autores aceitam a definição de que um agente possa estar consciente de um evento externo (tal como da presença de um predador, por exemplo), bem como possa estar atento a um evento interno (tal como a energia em uma bateria). Contudo, é fato que parte expressiva das ações associadas à consciência é realizada em 1a pessoa, tal como o acesso ou atualização do estado de consciência, enquanto a parte mais expressiva das ações atencionais diga respeito à observa- ção de sensores que observam a terceiros, tais como a visão, olfato e tato nos seres humanos. A consciência e a atenção manteriam ambas, portanto, suas bases na percepção, mas com objeti- vos e métodos distintos. Embora atenção e consciência utilizem-se, por exemplo, da percepção, a consciência pertenceria ao nível subjetivo da percepção (GRASSIA, 2001) (GRASSIA, 2004) Além disso, parece haver por parte da consciência uma relação de dependência do processo atencional. Teoriza-se que informações que não sejam atendidas pelo sistema atencional não atinjam a consciência (COHEN et al., 2012). De fato, segundo Cohen et al. (2012), não há evi- dências experimentais suficientes para concluir, até o momento, que seja possível a um estímulo atingir a consciência sem que o mesmo tenha sido foco da atenção. Segundo este entendimento, a consciência estaria posta em um nível hierárquico distinto, relacionando-se não apenas com a atenção, mas também com competição e aprendizado (GROS- SBERG, 2010). Alguns autores teorizam que atenção e consciência correspondem a meca- nismos distintos que alimentam um mesmo processo decisório que leva ao comportamento (TALLON-BAUDRY, 2012). Considera-se ainda a existência de um mecanismo de atenção focal (executiva) associado com a habilidade voluntária de selecionar dentre itens competitivos e regular emoções (POSNER; ROTHBART, 1998). 4.4 Os problemas da consciência e o qualia A literatura sobre consciência frequentemente diferencia o uso desta palavra para duas si- tuações distintas (ou dois problemas distintos). O termo consciência pode ser utilizado para se referenciar ao que é conhecido como o problema fácil da consciência e o problema difícil da consciência (CHALMERS, 1996). O problema fácil da consciência (easy problem) refere-seproblema fácil ao entendimento dos aspectos de processamento da informação em mentes conscientes, tais como a habilidade de integrar informação, a habilidade de focar a atenção, habilidade de aces- sar e reportar estados internos, etc.. Por outro lado, o problema difícil da consciência (hardproblema difícil problem) refere-se à experiência mais subjetiva associada com um ser consciente. Trata-se, em suma, de problemas distintos relacionados à consciência: mesmo que explique-se o problema fácil da consciência, não necessariamente ela será acompanhada da explicação para o problema consciência fenome- nológica 4.5 Uma consciência para cada cérebro? 45 difícil. O termo consciência fenomenológica (phenomenal consciousness) tem sido empregado especificamente quando se trata do fenômeno da experiência subjetiva. Por outro lado, o termo consciência funcional consciência funcional ou acessível (access consciousness) tem sido empregado para o con- ceito funcionalista da consciência, representando, portanto, um conceito totalmente diferente do primeiro. O termo qualia é usualmente utilizado para descrever as experiências subjetivas, tais como aqualia sensação de ler ao por do Sol, uma dor de dente, ou o cheiro de uma rosa (REGGIA, 2013), não necessariamente relacionadas com as entradas sensórias (HAWKINS; BLAKESLEE, 2004). Edelman (1992) destaca o qualia como a base para a teoria da consciência: "Isso sugere uma abordagem para o problema do qualia. Como uma base para a teoria da consciência, é sensível assumir que, como em nós mesmos, qualia existe em outros seres humanos conscientes, se eles são considerados como observadores científicos ou como sujeitos. (...) Nós podemos tomar os seres humanos como as melhores referências canônicas para o estudo da consciência. Isso é justificado pelo fato de que os relatos subjetivos humanos (incluindo aqueles sobre o qualia), ações, e estruturas e funções cerebrais podem estar correlacionados. Depois de construir uma teoria baseada na premissa de que o qualia existe em seres humanos, nós podemos então olhar novamente para algumas das propriedades do qualia baseados nesta correlação. Esta é nossa habilidade de relatar e correlacionar enquanto experimentando individualmente o qualia que abre a possibilidade de uma investigação científica da consciência". Edelman (1992, p. 115) HAIKONEN (2009) coloca da seguinte forma a relação entre qualia e consciência: per- cepção é o processo de aquisição de informação do cérebro e o produto direto deste processo aparece no qualia. A mente humana é capaz de fazer uma análise introspectiva de seu conteúdo. Se eliminarmos o qualia, desaparecem também a percepção e a introspecção, pois o qualia é seu meio de manifestação. Não restará nada sobre o qual ser consciente, e, consequentemente, a consciência cessará. Esta observação leva à conclusão: ser consciente na forma humana é ter qualia (GAMEZ, 2008). 4.5 Uma consciência para cada cérebro? Alguns relatos clínicos podem colocar em cheque a noção intuitiva de que a consciência seria indivisível e de que a mais de uma consciência não poderia coexistir em um cérebro. Duas situações relatadas em Argonov (2012) merecem destaque. Na primeira situação, relatos 4.6 Como avaliar a consciência? 46 demonstram que uma separação entre consciências pode ocorrer após intervenções cirúrgicas separando os hemisférios cerebrais (procedimento usualmente utilizado para o tratamento da epilepsia). Há grande número de relatos de pessoas que desenvolvem o que é relatado como duas mentes independentes: o hemisfério esquerdo controla a mão direita e a fala, enquanto o direito controla a mão esquerda (SPERRY, 1966) (GAZZINIGA, 1970). As explicações para este fenômeno são bastante variadas, mas há três hipóteses principais: i) a consciência realmente é dividida durante a cirurgia (NAGEL, 1971); ii) há duas consciências no cérebro mesmo antes da cirurgia (PUCCETTI, 1973), e iii) há apenas uma consciência mesmo depois da cirurgia (MARKS, 1981). Uma segunda situação descrita trata da questão do craniopagus, um tipo raro de anomalia craniopagus que ocorre de 4 a 6 nascimentos humanos em cada dez milhões, que faz com que o crânio de dois gêmeos fique unido. A maioria dos pacientes que sofrem desta anomalia morre durante a primeira infância, e não é capaz de relatar sua experiência subjetiva. Contudo, Argonov (2012) reporta o caso de Tatiana e Krista Hogan (ROBERTS, 2011), que atingiram a idade de 5 anos. Uma ponte conecta seus tálamos, e cada gêmea é capaz de observar os dados sensórios da outra irmã. Contudo, cada irmã controla apenas seus próprios membros e demonstra seu próprio comportamento. Parece, portanto, biologicamente plausível que mais de uma mente compartilhe o mesmo cérebro. 4.6 Como avaliar a consciência? A própria existência da doutrina solipsista – que argumenta que a única coisa da qual se pode ter certeza é da existência da própria mente – fornece indícios da dificuldade que existe em se caracterizar ou avaliar outras consciências, considerando que elas realmente existam. Quando se trata da possibilidade da existência de consciências artificiais, o problema é agravado, pois existem enormes diferenças de implementação entre os diferentes sistemas artificiais propostos. Tratemos primeiramente a avaliação da consciência natural. Baseado em padrões de ativi- dade neural e definições clínicas de entidades de medicina, usualmente aceita-se que existem alguns estados distintos de consciência em seres humanos (LEISMAN; KOCH, 2009): • Estado inconsciente em coma: o indivíduo não está acordado nem atento;estado de coma • Estado inconsciente vegetativo: onde o indivíduo está acordado, mas não atento; estado vegeta- tivo • Estado minimamente consciente: onde o indivíduo está acordado e atento, mas suas estado minima- mente consci- ente funções da parte superior do cérebro não estão plenamente ativas; • Estado consciente. 4.6 Como avaliar a consciência? 47 Leisman e Koch (2009) apresentam os critérios clínicos usualmente utilizados por médicos para declaração da morte de um indivíduo: i) não-receptividade e ausência de resposta para estímulos externos e necessidade interior; ii) ausência de movimentos musculares espontâneos ou respiração espontânea; iii) falta de reflexos no tronco cerebral que possam ser provocados. O protocolo diz que pacientes que passem nesse teste devem ser considerados mortos mesmo que seu sistema circulatório continue em funcionamento. A morte de um indivíduo, portanto, está intimamente ligada à falência de seu sistema cerebral e ausência permanente de consciência. Quando transferimos esta questão para o universo das máquinas, alguns autores entendem que, em última instância, o problema de determinar a existência ou não de consciência – ou quantificá-la – assemelha-se fortemente ao problema de determinar se uma máquina é ou não inteligente (KURZWEIL, 2007). Para este segundo caso, o Teste de Turing (TURING, 1950)teste de Turing é o teste posto como parâmetro para a avaliação. Ou seja, na falta de qualquer outro método de avaliação objetivo de comprovada eficácia, adota-se uma avaliação subjetiva. Segundo Kurzweil (2007), se uma máquina puder passar num Teste de Turing válido, possivelmente vamos acre- ditar que ela seja consciente. Mesmo tratando em um domínio subjetivo, diversos autores têm investigado os aspectos envolvidos na avaliação da consciência artificial. Destacam-se alguns trabalhos propondo mé- tricas (TONONI, 2004) (TONONI, 2008) (SETH, 2005) (ARRABALES; LEDEZMA; SAN- CHIS, 2009d) e axiomas (ALEKSANDER; DUNMALL, 2003) para tal. Mais do que apenas avaliar os sistemas existentes, ferramentas comparativas ou de avaliação podem fornecer um direcionamento de extrema importância para o planejamento da evolução desses sistemas. Dois desses trabalhos serão destacados a seguir. 4.6.1 Axiomas para consciência O trabalho de Aleksander e Dunmall (2003) descreve o que os autores denominam axiomasaxiomas para consciên- cia mínima para a presença de uma consciência mínima em agentes, que devem ser considerados no projeto e avaliação da consciência em máquinas: 1. Presença do agente no mundo: Este axioma relaciona-se com a personificação e con- textualização do agente no mundo físico; 2. Imaginação e recordação de memórias e experiências passadas e presentes: segundo imaginação recordação Starzyk e Prasad (2011), esse axioma refere-se a: i) armazenamento de eventos e ex- periências do agente consciente na forma de memórias associativas e a habilidade de recordá-las, e ii) habilidade de formular cenários imaginativos e predizer os desfechos dos cenários baseado nas experiências; 4.6 Como avaliar a consciência? 48 3. Atenção como um determinador do contexto das experiências: requer que o agente interaja (utilizando sua coleção de dados sensórios, ações motoras e/ou processamento sub-cortical) com os objetos ou eventos do foco corrente da atenção; 4. Volição: o agente deve ter motivação e capacidade de formular objetivos, além da capa- cidade de tomar ações para cumprir seus objetivos; 5. Emoção: O agente deve ser capaz de identificar a natureza das experiências em seu próprio contexto e conjunto de emoções. 4.6.2 ConScale: uma métrica para a avaliação da consciência Considerando que os sistemas artificiais criados até o momento inspiram-se em aspectos de organismos biológicos, parece natural que os mecanismos de avaliação possam levar em conta essa similaridade. O ConScale (ARRABALES; LEDEZMA; SANCHIS, 2009a) (ARRABA-conscale LES; LEDEZMA; SANCHIS, 2009b) (ARRABALES; LEDEZMA; SANCHIS, 2009c) (AR- RABALES; LEDEZMA; SANCHIS, 2009d) (ARRABALES; LEDEZMA; SANCHIS, 2010a) (ARRABALES; LEDEZMA; SANCHIS, 2010b) é uma proposta de framework que utiliza cri- térios arquitetural e comportamental em um nível de abstração funcional. Foca no problema de identificar as funções cognitivas mais importantes associadas com a consciência em agente artificiais e na questão de como essas funções podem ser efetivamente integradas de forma a levar à construção de agentes que ajam como humanos. A ConScale apresenta níveis de consciência que vão do nível -1 ao nível 11. A tabela 1 apre- senta os 10 níveis mais comuns considerados, classificando o agente do nível reativo (ConScale 2) ao nível humano (ConScale 10) ou super-consciente (ConScale 11). Cada nível define um conjunto de habilidades cognitivas (Cognitive Skills - CS) que precisam ser satisfeitas. Um habilidades cogniti- vas CS agente somente pode ser classificado em um nível se e somente se os níveis inferiores forem completamente satisfeitos. A dependência cognitiva das várias habilidades (CSs) é apresentada na figura 7. Nível Habilidade Cognitiva (Cognitive Skill - CS) 2 CS2,1 : Resposta reativa fixa (reflexos) 3 CS3,1: Aquisição autônoma de novas respostas reativas adaptativas CS3,2: Uso de sensoriamento proprioceptivo para respostas adaptativas embarcadas CS3,3�5: Seleção de informação sensória/motor/memória relevante CS3,6: Avaliação (positiva/negativa) de objetos ou eventos selecionados CS3,7: Seleção do que precisa ser armazenado na memória 4 CS4,1: Aprendizado por tentativa e erro. Reavaliação de objetos ou eventos selecionados CS4,2: Comportamento direcionado para alvos especiais como seguir ou escapar CS4,3: Avaliação do desempenho na realização de um único objetivo 4.6 Como avaliar a consciência? 49 CS4,4: Capacidade de planejamento básica: cálculo das próximas n ações sequenciais CS4,5: Habilidade para construir representações eloquentes (ALEKSANDER; DUNMALL, 2003) de percepções para cada modalidade sensorial disponível 5 CS5,1: Habilidade de se mover para frente e para trás em múltiplas tarefas CS5,2: Busca por múltiplos objetivos CS5,3: Avaliação do desempenho no atendimento a múltiplos objetivos CS5,4: Aprendizado por reforço autônomo (aprendizado emocional) CS5,5: Capacidade de planejamento avançada considerando todos os objetivos ativos CS5,6: Habilidade de gerar conteúdo mental de acordo com um significado (HAIKONEN, 2007b); Integração de diferentes modalidades em percepções explícitas diferenciadas (TONONI, 2008) 6 CS6,1: Ponderação sobre o auto-estado (emoções em background) CS6,2: Emoções em background causam efeito no corpo do agente CS6,3: Representação do efeito das emoções no organismo e planejamento (feelings) (DAMA- SIO, 1999) CS6,4: Habilidade de manter um mapa preciso e atualizado do esquema corporal CS6,5: Aprendizado abstrato (generalização de lições aprendidas) CS6,6: Habilidade de representar um fluxo de percepções integradas, incluindo auto-estado 7 CS7,1�3: Representação da relação entre o eu e percepções/ações/sentimentos CS7,4: Capacidade de auto-reconhecimento CS7,5: Planejamento avançado incluindo o eu como um ator dos planos CS7,6: Uso de estados imaginacionais no planejamento CS7,7: Aprendizado do uso de ferramentas CS7,8: Habilidade de representar e auto-reportar conteúdo mental (fluxo interno contínuo de per- cepções - imagens internas) 8 CS8,1: Habilidade de modelar outros como eus subjetivos CS8,2: Aprendizado por imitação de um outro CS8,3: Habilidade de colaborar com outros para perseguir um objetivo comum CS8,4: Planejamento social (planejamento com planos socialmente conscientes) CS8,5: Habilidade de produzir novas ferramentas CS8,6: Imagem interna é enriquecida com conteúdo mental relacionado com o modelo de outros e a relação entre o eu e os outros seres 9 CS9,1: Habilidade de desenvolver estratégias maquiavélicas como mentir e artimanhas CS9,2: Aprendizado social (aprendizado de novas estratégias maquiavélicas) CS9,3: Habilidades avançadas de c