Биологически мотивированные когнитивные архитектуры (БИКА)

Данный курс предлагается для студентов магистратуры. BICA является перспективным, быстро развивающимся направлением на стыке искусственного интеллекта, биологии и когнитивной науки. Одно из свидетельств этого - растущее число научных публикаций, так или иначе связанных с BICA. Здесь когнитивная архитектура понимается в широком смысле, как шаблон для разработки интеллектуальных агентов. Источниками биологической мотивации являются мозг (нейронаука) и человеческая мысль (когнитивная психология). Курс обеспечит выработку у студентов базовых знаний в области когнитивных архитектур, их основных элементов и принципов, подходов к их реализации, их изучения и использования в виртуальных окружениях. Студенты узнают о глобальных проблемах искусственного интеллекта и подходах к их решению на основе BICA, а также о тестах и показателях, используемых для оценок. Некоторые ключевые понятия и темы, которые лежат в основе BICA, будут рассмотрены подробно, в том числе системы человеческой памяти, модели нейронных сетей, семантическое картирование, рассуждения здравого смысла и т.п. Особый акцент будет сделан на дорожную карту к решению проблемы БИКА (BICA Challenge) и перспективных приложений будущих BICA человекоподобного типа. Курс является двуязычным. Материал подается в основном на английском языке с русскими субтитрами.

Модуль 1. Общее введение. Может ли машина иметь сознание подобное человеческому? Амбиции и проблемы искусственного интеллекта (ИИ). Когнитивные архитектуры как альтернативный подход к созданию ИИ. Интерес к данному направлению в научном мире. Сообщества исследователей когнитивных архитектур. Основные сведения из когнитивной психологии: интроспекция, бихевиоризм, когнитивная революция и компьютерная аналогия мозга. Модели систем памяти человека, явная и неявная, кратковременная и долговременная память. Элементы когнитивного цикла, восприятие, внимание, воображение.   Модуль 2. Введение в нейронауку. Краткое введение в нейронауку: элементы нейрофизиологии и нейроанатомии, поведенческая, вычислительная, системная нейронаука. Психофизиология, визуализация активности мозга и когнитивная нейронаука. Принципы работы нейронов и их элементов. Поведенческие корреляты нейронной активности. Виды кодирования. Локализация функций. Примеры: детекторы стимулов, зеркальные нейроны, клетки места, «бабушкины нейроны». Проблема байндинга. Дискуссия о природе воображения.   Модуль 3. Биологическое и машинное обучение нейросетей. Механизмы формирования памяти в мозгу. Нейросетевые модели и аттракторы, их типы и связь с биологией и психологией. Пространственные когнитивные карты в биологии. Их роль в формировании памяти. Элементы теории и приложения нейросетей. Эволюционное программирование и другие формы машинного обучения. Возможность связи с биологией.   Модуль 4. Представления знаний и семантическое картирование. Понятия знака, символа, языка. Представления концепций и категорий в памяти человека. Семантические сети и коннекционизм. Семантические решетки и анализ концепций. Непрерывные семантические пространства. Сильные и слабые семантические карты. Методы семантического картирования: математические, физиологические, психологические, и лингвистические аспекты. Типы семантических карт и их применение. Семантическое картирование активности мозга и «чтение мыслей».   Модуль 5. Принципы, разнообразие и эволюция когнитивных архитектур. Эволюция подходов к созданию интеллектуальных агентов. Понятие когнитивной архитектуры. Когнитивная архитектура как воплощенный интеллектуальный агент, как язык программирования и как теоретический фреймворк. Общая теория когнитивных архитектур. Системы памяти, когнитивный цикл. Иерархия когнитивных архитектур. Тенденции расширения и слияния моделей БИКА. Общая минимальная когнитивная модель (Common Model of Cognition) и максимально расширенная функциональная схема BICA. Понятие критической массы. Принципы работы наиболее известных конкретных когнитивных архитектур: Soar, Act-R, Clarion, Icarus. Гибридные БИКА. Обзор разнообразия моделей БИКА. Пример GMU BICA. Таблица когнитивных архитектур.   Модуль 6. Моделирование эмоций и эмоциональные когнитивные архитектуры. Типы вычислительных подходов к моделированию эмоций. Дискретные и компонентные модели. Аффективные пространства. Логические и статистические подходы: модальные логики, исчисления ситуаций, BDI-модели, методы индуктивного вывода. Примеры эмоциональных когнитивных архитектур (EMA). Зачем роботу нужно чувство юмора? Проблема моделирования сложных и социальных эмоций. Моральные схемы. Пример eBICA.   Модуль 7. Память о прошлом и будущем, возможном и невозможном. Эпизодическая память. Проспективная и ретроспективная автобиографическая память. Консолидация и реконсолидация. Ретроградная и антероградная амнезия. «Теория Мысли». Понятия «я», манипуляции с памятью. Свобода воли, детерминизм, доверие. Виды метамышления. Социальный и нарративный интеллект. Фабула и сюжет. Персонаж и роль. Автор и актор. Нарративная сеть и рабочий сценарий. Нарративное планирование, автономная генерация целей, правдоподобные персонажи. Социально приемлемые интеллектуальные агенты.   Модуль 8. Обучение человека, БИКА и путь к критической массе ИИ. Проблема обучения в педагогике. Виды обучения. Активное обучение. Обучение путем рассуждения и решения задач. Саморегулируемое обучение. Метаобучение. Роль эмоций, воображения, социального и метамышления в реализации способности к обучению. Воплощение теорий и моделей обучения человека в компьютере. Интеллектуальные тьюторинговые системы на основе БИКА и их применение в образовательном процессе. Задача создания «искусственного студента» общего назначения. Преодоление барьера в человеческом сознании.   Модуль 9. Применения когнитивных архитектур. Научные и практические задачи, решаемые на основе БИКА. Применения в медицине, в психологии, в военном деле, в социальной инженерии и аналитике, в образовании, в бизнесе, в искусстве, сфере развлечений и т.д. Искусственная креативность.   Модуль 10. Системы и методы оценки когнитивных архитектур и развитие ИИ. Тесты, критерии и метрики для оценки работы интеллектуальных систем. Когнитивный Декатлон. Тест Тьюринга и его модификации. Виртуальные и окружения и VR среды для исследования поведения естественных и искусственных когнитивных архитектур при их социальном взаимодействии. Эффективность, правдоподобие и социальная совместимость. Интеллектуальная и социально-эмоциональная компетентность. Применение характеристик человеческой психики к искусственным системам. Постановка задачи создания сильного ИИ. Возможные варианты развития ИИ. Возможная роль когнитивных архитектур в системах ИИ ближайшего будущего. Сверхзадачи, опасности и дорожные карты. Этические и философские вопросы.