27
Concern Processing in Autonomous Agents Emotions, Personality and other Woolly Concepts Steve Allen, 11 th May 2000

Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

Concern Processing in Autonomous Agents

Emotions, Personality and other Woolly Concepts

Steve Allen, 11th May 2000

Page 2: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

2

What Are Emotions?

❚ “An emotion is usually caused by a person consciously or unconsciouslyevaluating an event as relevant to a concern (a goal) that is important; theemotion is felt as positive when a concern is advanced and negative whena concern is impeded.

❚ The core of an emotion is readiness to act and the prompting of plans; anemotion gives priority for one or a few kinds of action to which it gives asense of urgency – so it can interrupt, or compete with, alternative mentalprocesses or actions. Different types of readiness create different outlinerelationships with others.

❚ An emotion is usually experienced as a distinctive type of mental state,sometimes accompanied or followed by bodily changes, expressions,actions.”

- Oatley and Jenkins, Understanding Emotions (page 96)

Page 3: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

3

Why Do Animals HaveEmotions?

❚ Emergency Responses❚ Communication❚ Survival (species vs. individual)

❚ Humans have evolved a vast richness indifferent types of emotion and their use

Page 4: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

4

Why Give ComputersEmotions?

❚ Entertainment / Simulation❚ Human-Computer Interaction❚ Solutions for incomplete knowledge❚ Aid Our Understanding Human Emotions

❚ Each reason offers different challenges

Page 5: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

5

The Synthetic andThe Artificial

❚ Synthetic (observed) Emotions❙ Intentional Stance❙ Cognitive Structure of Emotions❙ Affective Reasoning Engine

❚ Artificial (analysed) Emotions❙ Cognitive Modelling❙ Capture the Emotion Process

Page 6: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

6

Pros and Cons

Synthetic

❚ Rational Agents❚ Homogeneous❚ Approximate❚ Specialised

Artificial

❚ Cognitive Agents❚ Co-Evolution❚ Human-Like❚ Broad-but-Shallow

Page 7: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

7

Synthetic Emotions:The OCC Approach

❚ Treat Emotion as a Black Box Process❚ Reason about Causal Triggers❚ Reason about Response❚ High-Level and Abstract

❚ Problems with apparent irrationality(or rather automatic behaviour)

Page 8: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

8

Artificial Emotions:Where To Start?

❚ Define An Agent Framework❚ Identify Emotion Classes❚ Map Cognitive Processes❚ Design/Build Emotional Agents❚ Refine the Design

❚ The Design-Based Approach

Page 9: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

9

Motivated AgentFramework

ActionPerception

�������������������������������������������������������������������������������������

�������������������������������������������������������������������������������������

�������������������������������������������������������������������������������������

�������������������������������������������������������������������������������������

Meta-Management(reflective)processes

Deliberative processes(planning, deciding,

scheduling, etc.)

Variable thresholdattention filter

Alarms

Reactive processes

Environment

Long-term

memory

Motiveactivation

❚ Three Layers❚ Concurrent Processes❚ Attention Filter(s)❚ Global Alarms❚ Supports Many Different

Types of Control State

Page 10: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

10

What Are Control States?

❚ “Information-bearingrepresentations of aninformation-processingcontrol system”

❚ Two Attributes❙ Dimensional❙ Structural❙ (Functional)

Long term

Relatively hard to change,very slow learning, causesand effects diffuse andindirect.

Short term

Changeable, more specificcauses and effects,semantic content.

PersonalitySkills

AttitudesStandardsPreferences

MoodsEmotions

DesiresIntentionsPlans

Control States of varyingScope and Duration

Page 11: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

11

Three Classes ofEmotional State

❚ Primary emotional states: such as being startled, terrified, or sexuallystimulated, are typically triggered by patterns in the early sensory inputand detected by a dedicated global alarm system. These emotional statesare sometimes called primes or primary emotions.

❚ Secondary emotional states: such as being anxious, apprehensive, orrelieved, depend on the existence of a deliberative layer in which plans (forfuture states) can be created and executed with relevant risks noticed,progress assessed, and success detected. Damasio [94] terms cognitivelygenerated emotional states – secondary emotions.

❚ Tertiary emotional states: such as feeling humiliated, ashamed, orguilty, can be further characterised by a difficulty to focus attention onurgent or important tasks. These emotions cannot occur unless there is ameta-management layer to which the concept of “losing control” becomesrelevant.

Page 12: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

12

The Emotion Process

�������������������������������

�������������������������������

�������������������������������

�������������������������������

�������������������������������

�������������������������������

�������������������������������

����������������

����������������

����������������

����������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

������������������

������������������

������������������

������������������

������������������

�������������

����������������������������������������������������������������������������������

����������������������������������������������������������������������������������

�����������������������������

�����������������������������

�����������������������������

�����������������������������

�����������������������������

�����������������������������

�����������������������������

�����������������������������������

������

InformationCoding

UrgencyEvaluation

RelevanceEvaluation

ContextEvaluation

ActionProposer

Actor

PhysiologicalChange

Generator2

3

4

5

3

5

5

Perception Action

Meta-Management

Alarms

1

Reactive Concern Processing Substrate

Attentive / Deliberative Management

2

������������������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������������������Central Machineryof Primary Emotions

���������������

���������������

Global AlarmSystem

…1 7 Emotion Process

Machinery ofTertiary Emotions

���������������

���������������

Attention Filter

Machinery ofSecondary Emotions(somatic markers)

�����������������

�����������������

Peripheral Machineryof Primary Emotions

�����������������

�����������������

Body

6

6

7

Arousal

BodyLoop

BodyLoop

Valenced Signal ofControl Precedence

(“as if” loop)

5

❚ Based on Frijda [86]❚ Allows us to identify the active

processes

❚ Emotions are an emergentphenomena

❚ No single Emotion System

Page 13: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

13

Information Flow in aPrimary Emotion

InformationCoding

UrgencyEvaluation

RelevanceEvaluation

ContextEvaluation

ActionProposer

Actor

PhysiologicalChange

Generator1

2

3

4

5

3

5

5

Perception Action

Reactive Concern Processing Substrate

Attentive / DeliberativeMotivator Management

Meta-Management

Alarms

����������������������������������������������������������������������������������������������������������

����������������������������������������������������������������������������������������������������������

Signal of ControlPrecedence

2

Attention Filter

❚ External percepts encoded❚ Relevance to concerns and

context of situation evaluated❚ Urgency of event evaluated❚ Action readiness change is

generated and presses forcontrol precedence

❚ Attentive cognition isinterrupted, involuntary actionmight be performed, and someform of physiological changemight be instigated

Page 14: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

14

Information Flow in aSecondary Emotion

AlarmsInformation

Coding

UrgencyEvaluation

RelevanceEvaluation

ContextEvaluation

ActionProposer

Actor

PhysiologicalChange

Generator1

3

4

5

6

8

Perception Action

7

8

8

Meta-Management

�����������������������������������������������������������������������������������������������������������

�����������������������������������������������������������������������������������������������������������

Reactive Concern Processing Substrate

Attentive / DeliberativeMotivator Management

2

Attention Filter

❚ Requires deliberation❚ Generated: (a) in response to

deliberative thought process,or (b) with deliberative contextevaluation

❚ Interruption of attention❚ Uses mechanisms of primary

emotions❚ Many different pathways to

trigger emotional response:somatic markers are only onepossible path

Page 15: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

15

Information Flow in aTertiary Emotion

AlarmsInformation

Coding

UrgencyEvaluation

RelevanceEvaluation

ContextEvaluation

ActionProposer

Actor

PhysiologicalChange

Generator

3

4

5

8

4

6

6

Perception Action

Meta-Management

����������������������������������������������������������������������������������������������������������

����������������������������������������������������������������������������������������������������������

2

1 7

6

Reactive Concern Processing Substrate

Attentive / DeliberativeMotivator Management

3

Attention Filter

❚ Sub-class of secondaryemotions

❚ Characterised by a loss ofcontrol of attentive processing

❚ Mechanisms to controlattentive processing

❚ Arise from mismatch betweencultural conditioning and themore universal mechanisms ofprimary emotions

Page 16: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

16

Sources of Inspiration

❚ Computer Science [Simon 67; Brooks 86]

❚ Cognitive Science [Sloman 99; Minsky 85; Cañamero 97;Moffat & Frijda 95; Velásquez 99; McCauley & Franklin 98]

❚ Psychology [Frijda 86]

❚ Neurology [Damasio 94; LeDoux 96 ; Rolls 99]

Page 17: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

17

Somatic Markers

A

autonomic signals

signals toneurotransmitternuclei

endocrine and otherchemical responsesto bloodstream

signals tomuscles inface and limbs

Hy

VM IRIR

SC

ST

stimulus

*

Emotional ResponsePrimary PathwaySecondary Pathway

❚ Damasio [94]❚ Primary and secondary

emotions❚ Learnt associations❚ Falsely interpreted as

emotions necessary forrational thought

Page 18: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

18

Fear and the Amygdala

CentralNucleus

Sensory Cortex(primary)

Sensory Cortex(association)

Polymodal Cortex(perirhinal)

SensoryThalamus

AutonomicNervousSystem

Neuro-Endocrine

System

EmotionalBehaviour

Amygdala

Basal

LateralNucleus

AccessoryBasal

stimulusfeatures

EmotionalStimulus

EmotionalResponses

perceptualobjects memories

& context

concepts

extinction

SupramodalCortex

(hippocampus)

Medial PrefrontalCortex

❚ LeDoux [96]❚ Amygdala central to

“fear” system, but notpositive emotions.

❚ Mapping of function ontobrain site

❚ Often a two-waycommunication channel

Page 19: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

19

Co-Evolution of Emotion

❚ Society-of-Mind Architecture [Cañamero 97; Minsky 85]

❚ Subsumption Style Philosophy [Brooks 86]

❚ Co-evolution of Competence Levels❙ Mapped to Brain Functions [LeDoux 86; Damasio 94]

❚ Leads to a Co-evolution of Emotion

Page 20: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

20

Competence Level 0

����������

����������

����������

����������

����������

����������

����������

�����

��������

��������

��������

��������

��������

��������

��������

�������������

����������

�����

SomaticSensorAgents

PerceivedBody State

TactileSensorAgents

ExternalStimuli

NeurochemicalControl Signals

Alarms

Reactive ConcernProcessing Substrate

ActorAgents

ActionProposer

Agent

BrightnessSensorAgent

PhysiologicalChange Gen.

Agents

BodyAgents

BodyLoop

Physiological Variables

SkillAgents

Effects of Action

NeurochemicalControl Signals

Physiological Variables

����������������������������������������������

����������������������������������������������

SomatosensoryCortex

SensoryThalamus

���������������������������������������������������������������������

Proprioceptive Feedback

����

����

����

“as if” Loop

����������������������������������

��������

��������

����������

����������

�����

RelevanceEvaluation

Agents

LimbicSystem

�����������������������������������

�����������������������������������

ExternalAction

“low road”Drive

Agents

Perception / Cognition Action

MotorCortex

❚ Actively sense theenvironment and respondto its basic needs

❚ Homeostatic and non-homeostatic drives

❚ Inhibition of drivesthrough body or ”as if”loop

Page 21: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

21

Competence Level 1

����������

����������

����������

����������

����������

����������

����������

�����

��������

��������

��������

��������

��������

��������

��������

�������������

����������

�����

SomaticSensorAgents

PerceivedBody State

TactileSensorAgents

DirectionNemeAgents

MapAgents

ExternalStimuli

Perception / Cognition

PerceivedExternalStimuli

NeurochemicalControl Signals

Alarms

Reactive ConcernProcessing Substrate

ActorAgents

Action

ActionProposer

Agent

BrightnessSensorAgent

PhysiologicalChange Gen.

Agents

SomaticMarkerAgents

BodyAgents

BodyLoop

Physiological Variables

SkillAgents

Effects of Action

NeurochemicalControl Signals

Physiological Variables

����������������������������������������������

����������������������������������������������

SomatosensoryCortex

SensoryThalamus

Sensory &Supramodal

Cortex

���������������������������������������������������������������������

Proprioceptive Feedback

����

����

����

“as if” Loop

����������������������������������

Arousal

��������

��������

����������

����������

�����

RelevanceEvaluation

Agents

LimbicSystem

�����������������������������������

�����������������������������������

MotorCortex

ExternalAction

“low road”

“high road”

DriveAgents

❚ Integration of senses toproduce percepts

❚ Learnt associationsbetween percepts andbody state

❚ Rudimentary primary andsecondary emotions

❚ No interruption ofattentive processing

Page 22: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

22

Competence Level 2

����������

����������

����������

����������

����������

����������

����������

�����

��������

��������

��������

��������

��������

��������

��������

�������������

����������

�����

SomaticSensorAgents

PerceivedBody State

TactileSensorAgents

DirectionNemeAgents

MapAgents

ExternalStimuli

Perception / Cognition

PerceivedExternalStimuli

EyeSensorAgent

AttentiveStimuliRecogniser

Agent

NeurochemicalControl Signals

Alarms

MotiveManager

Agent

Stimuli

Drive

DeliberativeManagement

Reactive ConcernProcessing Substrate

ActorAgents

Action

BehaviourAgents

(consummatory)

ManagerAgents

(appetitive)

������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������

Motivator Attention Filter Agent

ActionProposer

Agent

BrightnessSensorAgent

PhysiologicalChange Gen.

Agents

SomaticMarkerAgents

BodyAgents

BodyLoop

Physiological Variables

SkillAgents

Effects of Action

NeurochemicalControl Signals

Physiological Variables

����������������������������������������������

����������������������������������������������

SomatosensoryCortex

SensoryThalamus

Sensory &Supramodal

Cortex

���������������������������������������������������������������������

MotiveActivation

Proprioceptive Feedback

����

����

����

“as if” Loop

����������������������������������

Arousal

��������

��������

����������

����������

�����

RelevanceEvaluation

Agents

LimbicSystem

�����������������������������������

�����������������������������������

MotorCortex

FrontalCortex

ExternalAction

“low road”

“high road”

DriveAgents

❚ Deliberative motivemanagement layer

❚ Attention Filter❚ Separation of deliberative

and reactive perceptprocessing

❚ Interruption of attentiveprocessing

Page 23: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

23

Competence Level 3

����������

����������

����������

����������

����������

����������

����������

�����

��������

��������

��������

��������

��������

��������

��������

�������������

����������

�����

SomaticSensorAgents

PerceivedBody State

TactileSensorAgents

DirectionNemeAgents

MapAgents

ExternalStimuli

Perception / Cognition

PerceivedExternalStimuli

EyeSensorAgent

AttentiveStimuliRecogniser

Agent

NeurochemicalControl Signals

Alarms

MotiveManager

Agent

Stimuli

Drive

DeliberativeManagement

Reactive ConcernProcessing Substrate

ActorAgents

Action

BehaviourAgents

(consummatory)

ManagerAgents

(appetitive)

������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������

Motivator Attention Filter Agent

ActionProposer

Agent

BrightnessSensorAgent

PhysiologicalChange Gen.

Agents

MetaManagement

SomaticMarkerAgents

BodyAgents

BodyLoop

Physiological Variables

SkillAgents

Effects of Action

NeurochemicalControl Signals

Physiological Variables

����������������������������������������������

����������������������������������������������

SomatosensoryCortex

SensoryThalamus

Sensory &Supramodal

Cortex

VentromedialPrefrontal

Cortex

���������������������������������������������������������������������

MotiveActivation

Proprioceptive Feedback

Meta-Manager

Agent

����

����

����

“as if” Loop

ContextEvaluation

Agents

����������������������������������

Arousal

��������

��������

����������

����������

�����

RelevanceEvaluation

Agents

LimbicSystem

�����������������������������������

�����������������������������������

MotorCortex

FrontalCortex

ExternalAction

“low road”

“high road”

DriveAgents

❚ Three layered model❚ Active control of attentive

processing❚ Global alarm mechanism

fully integrated intosystem

❚ Supports primary,secondary, and tertiaryemotions

Page 24: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

24

Emergence of Emotions

❚ Primary Emotions❙ “low road” - early sensory agents (tactile and brightness)❙ “high road” - direction neme, map, and somatic marker agents

❚ Secondary Emotions❙ emergent emotional states that require deliberation❙ recogniser agent and the “high road”❙ meta-manager agent monitoring the motive manager agent

❚ Tertiary Emotions❙ emergent emotional states that require reflection❙ meta-manager agent monitoring the motive manager agent

Page 25: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

25

Where Next?

❚ Simulations❙ Design-Based Approach❙ Society-of-Mind Model

❚ Refinement❙ Relevance Evaluation Agents❙ Identify How Layers interact

Page 26: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

26

A Quick Word OnPersonality

❚ Some determinates of agent personality?❙ Agent concerns (motivators, goals) (interpretive)

❙ Motivational profile (interpretive)

❙ Sensitivity of emotional states (interpretive)

❙ Spontaneous vs. planned responses (manifest)

❙ Persistence in attaining goals (manifest)

❙ Choice of words and gestures (manifest)

❚ Properties of the architecture? Or are they bestcaptured by a personality module?

Page 27: Concern Processing in Autonomous Agents · Entertainment / Simulation Human-Computer Interaction Solutions for incomplete knowledge Aid Our Understanding Human Emotions Each reason

27

Bibliography

❚ Allen, S. (2000) Concern Processing in Autonomous Agents. Submitted PhD Thesis, University of Birmingham.❚ Brooks, R. (1986) A Robust Layered Control System for a Mobile Robot. IEEE Journal of Robotics and Automation,

Vol. RA-2, No. 1, pages 12-23.❚ Cañamero, D. (1997) Modeling Motivations and Emotions as a Basis for Intelligent Behavior. In Proceedings of the

First International Symposium on Autonomous Agents, AA'97, Marina del Rey, CA, February 5-8, The ACM Press.❚ Damasio, A. (1994) Descartes’ Error: Emotion, Reason and the Human Brain. New York: G. P. Putman’s Sons.❚ Frijda, N. (1986) The Emotions. Cambridge: Cambridge University Press.❚ LeDoux, J. (1996) The Emotional Brain: The Mysterious Underpinnings of Emotional Life. New York: Simon and

Schuster.❚ McCauley, L. & Franklin, S. (1998) An Architecture for Emotion. In Working Notes of AAAI Fall 1998 Symposium.❚ Minsky, M. (1985) The Society of Mind. New York: Simon & Schuster.❚ Moffat, D. & Frijda, N. (1995) Where there’s a will there’s an agent. In M. J. Wooldridge, and N. Jennings (Eds.),

Intelligent Agents, ECAI-94. Lecture Notes in Artificial Intelligence 890. New York: Springer-Verlag, pages 245-260.❚ Rolls, E. T. (1999) The Brain and Emotion. Oxford: Oxford University Press.❚ Simon, H. (1967) Motivational and emotional controls of cognition. Reprinted in Models of Thoughts, Yale

University Press, (1979), pages 29-38.❚ Sloman, A. (1999) Architectural Requirements for Human-like Agents Both Natural and Artificial. (What sorts of

machines can love?). To appear in K. Dautenhahn (Ed.) Human Cognition And Social Agent Technology, JohnBenjamins Publishing.

❚ Velásquez, J. (1999) When Robots Weep: Emotional Memories and Decision-Making. In Proceedings of theFifteenth National Conference on Artificial Intelligence, Menlo Park, CA: AAAI Press, pages 70-75.