Emotion in an active inference model of human driving
تقترح هذه الورقة إطاراً موسعاً للاستدلال النشط للقيادة البشرية يدمج الحالات الوجدانية المستمرة (التكافؤ والاستثارة) المشروطة بالنتائج الحالية والمستقبلية المتوقعة، مما يثبت أن إشارات العاطفة الناتجة تتوافق مع الأنماط الوجدانية المُبلغ عنها في سيناريوهات القيادة التفاعلية.
المؤلفون الأصليون:Julian F. Schumann, Johan Engström, Ran Wei, Jens Kober, Martijn Wisse, Arkady Zgonnikov
تخيل أنك تقود سيارتك على طريق سريع، وفجأة، انحرفت السيارة التي أمامك دون إعطاء إشارة. يتسارع نبض قلبك، ويهبط شعور في معدتك، وقد تشعر بومضة من الغضب. ولكن هل تساءلت يوماً لماذا يتفاعل دماغك بهذه الطريقة؟ لدى العلماء الذين يدرسون كيفية اتخاذ الآلات والأدمغة للقرارات نظرية تسمى "الاستدلال النشط" (active inference). فكر في الأمر كأنه محقق ذكي للغاية داخل رأسك، يحاول باستمرار تخمين ما سيحدث لاحقاً. إنه يحاول التنبؤ بالمستقبل لتجنب المفاجآت؛ فإذا تطابق العالم مع توقعاته، يشعر بالهدوء، أما إذا ألقى العالم في وجهه بكرة منحرفة، فإن المحقق يصاب بالارتباك ويحاول فهم ما يجري. لفترة طويلة، كانت نماذج المحققين هذه بارعة في شرح كيفية توجيه السيارة أو الكبح، لكنها كانت تفتقد إلى قطعة حاسمة من اللغز: المشاعر. لم تكن تعرف كيف تحسب "الغضب" أو "الارتياح". وهذا أمر مهم لأنه إذا أردنا بناء سيارات ذاتية القيادة يمكنها مشاركة الطريق بأمان مع البشر، فإن تلك السيارات تحتاج إلى فهم ليس فقط فيزياء الاصطدام، بل أيضاً "الأفعوانية العاطفية" التي تسبق وقوعه.
في هذه الورقة البحثية، قرر فريق من الباحثين تعليم "محقق القيادة" لديهم كيف يشعر. لقد أخذوا نموذجاً قائماً يعرف بالفعل كيفية قيادة السيارة باستخدام الاستدلال النشط، ومنحوه مجموعة جديدة من "النظارات العاطفية". سمحت هذه النظارات للنموذج برؤية العالم من خلال عدستين محددتين: التكافؤ (valence - مدى جودة أو سوء الموقف) والاستثارة (arousal - مدى اليقظة أو الذعر). وبدلاً من مجرد النظر إلى السيارة التي أمامه مباشرة، بدأ النموذج ينظر للأمام، متنبئاً بما قد يحدث في الثواني القليلة القادمة. اختبروا هذا السائق "العاطفي" الجديد في موقفين صعبين: أحدهما حيث انحرفت سيارة في الجانب المقابل من الطريق فجأة لتقطع مساره، والآخر حيث تجاهلت سيارة عند تقاطع علامة "أعطِ الأولوية".
كانت النتائج بشرية بشكل مدهش. عندما اتبع السائق الآخر القواعد، ظل النموذج هادئاً ومسترخياً، مع بقاء مستوى "الاستثارة" لديه منخفضاً. ولكن عندما خرق السائق الآخر القواعد — مثل الانحراف إلى المسار أو تجاهل علامة التوقف — ارتففت مشاعر النموذج. ارتفعت "استثارته"، مما يحاكي الشعور بالاستنفار، وتحول "تكافؤه" إلى السلب، مما يحاكي الشعور بالغضب أو الإحباط. لم يتفاعل النموذج مع الخطر المباشر فحسب، بل تفاعل مع "المفاجأة" الناتجة عن السلوك السيئ. على سبيل المثال، في سيناريو التقاطع، عندما استمرت السيارة الأخرى في المضي رغم القواعد، نما "غضب" النموذج حتى قرر الكبح بقوة لتجنب الاصطدام. ومن المثير للاهتمام أن النموذج أظهر أنه إذا أصبح الاصطدام لا مفر منه، فإن "استثارته" تنخفض في الواقع لأن عدم اليقين قد زال — فقد عرف بالضبط ما سيحدث، حتى لو كان سيئاً. يشير هذا إلى أن النموذج نجح في رصد الارتباط بين خرق المعايلات المرورية والشعور بالمشاعر السلبية.
وجد الباحثون أنه من خلال النظر في الفرق بين ما توقعه السائق وما حدث بالفعل (أو ما كان من المرجح حدوثه)، استطاعوا توليد هذه الإشارات العاطفية. واكتشفوا أن "غضب" النموذج كان مرتبطاً بشكل مباشر بانتهاك السائق الآخر للمعايير الاجتماعية، تماماً كما يشعر السائق البشري الحقيقي. ومع ذلك، يوضح المؤلفون بحذر أن كل هذا يحدث داخل محاكاة حاسوبية؛ فهم لم يختبروا ذلك على بشر حقيقيين بعد، لذا فرغم أن النتائج تبدو واعدة للغاية وتتطابق مع ما نعرفه عن علم النفس البشري، إلا أنها لا تزال مجرد تخمين متطور للغاية يعتمد على الرياضيات. كما أن للنموذج "نقطة عمياء": فهو لا يفهم بعد كيف يمكن للمشاعر أن تغير سلوك السائق (مثل كيف يمكن للغضب أن يجعل السائق يتخذ المزيد من المخاطر). ولكن كخطوة أولى، يشير هذا العمل إلى أنه يمكننا بناء سيارات ذاتية القيادة لا تحسب الفيزياء فحسب، بل تفهم أيضاً الرهانات العاطفية للطريق، مما يجعلها شركاء أفضل للسائقين البشر.
ملخص تقني: العاطفة في نموذج الاستدلال النشط للقيادة البشرية
بيان المشكلة برز الاستدلال النشط كإطار عمل مبدئي لنمذجة السلوك التكيفي من خلال الموازنة بين العمل الموجه نحو الهدف وتقليل عدم اليقين. وبينما طُبق بنجاح في سيناريوهات القيادة البشرية (مثل اتباع السيارات، والحفاظ على المسار، وتجنب الاصطدام)، فإن النماذج الحالية تتجاهل إلى حد كبير الحالة الوجدانية (العاطفة)، وهي محدد حاسم لاتخاذ القرار البشري في حركة المرور. كانت المحاولات السابقة لدمج العواطف في الاستدلال النشط مقتصرة على "مشكلات ألعاب" (toy problems) مبسطة وذات فضاء حالة منفصل، والتي تفتقر إلى القدرة على التخطيط الواقعي المطلوب في سيناريوهات المرور المعقدة. هناك حاجة لتوسيع قدرات نمذجة العواطف هذه لتشمل نماذج حالة مستمرة (continuous state-space models) للقيادة تأخذ في الاعسبار التخطيط للسياسات متعدد الخطوات.
المنهجية يقوم المؤلفون بتوسيع نموذج استدلال نشط موجود لنمذجة تجنب الاصطدام في القيادة البشرية (Schumann et al.) لدمج نموذج لعاطفة السائق بناءً على نموذج راسل الدائري للمشاعر (التكافؤ والاستثارة). يعمل الإطار الجوهري كما يلي:
النموذج التوليدي: يحتفظ الوكيل باعتقاد عشوائي q(s) (عبر مرشحات الجسيمات/particle filters) حول البيئة، مما يقرب عملية توليدية خارجية. يجمع نموذج الانتقال بين احتمالية حركية (نموذج الدراجة) واحتمالية معيارية (الامتثال لقواعد المرور).
اختيار السياسة: يقيم الوكيل السياسات المرشحة πt (متواليات من الأفعال عبر أفق زمني H) عن طريق تقليل الطاقة الحرة المتوقعة (EFE). توازن الطاقة الحرة المتوقعة بين القيمة البراغماتية (تحقيق النتائج المفضلة) والقيمة الإبستيمية (تقليل عدم اليقين).
صياغة العاطفة:
التكافؤ (V): يُعرّف بأنه الفرق بين القيمة البراغماتية الفعلية والمتوقعة. ولتكييف ذلك مع الوقت المستمر والتخطيط متعدد الخطوات، يقترح المؤلفون:
القسمة على الخطوة الزمنية Δt لضمان الاستقلال عن التردد.
حساب القيمة المتوقعة (V(E)) كمتوسط القيمة البراغماتية عبر الحالات المتوقعة للسياسات الخمسة السابقة N=5 لضمان الاستقرار ضد اختيار السياسات العشوائي.
حساب القيمة الفعلية (V(A)) بناءً على السياسة المرجعية الحالية (السياسة الفعالة حالياً) بدلاً من السيناريوهات الافتراضية، مما يعكس التفاعلات المستمرة بين الكائن والبيئة.
Vt=V(A)t−V(E)t.
الاستثارة (A): تُعرّف بأنها إنتروبيا اعتقاد الوكيل اللاحق. يجادل المؤلفون بأن استخدام عدم اليقين الحركي الخام أمر غير منطقي (على سبيل المثال، قد تثير الوكلاء البعيدون عدم يقين/استثارة عالية بينما قد تثير الاصطدامات الوشيكة عدم يقين منخفض بسبب التتبع الدقيق). بدلاً من ذلك، يقومون بربط الاستثارة بعدم اليقين في حالة مجردة ذات معنى: احتمال الاصطدام (pcoll).
pcoll هو الحد الأقصى المتوقع لاحتمالية الاصطدام عبر أفق التنبؤ، والمستمد من مصنف اصطدام ثنائي.
توسيع الحالة المستمرة: يعمم البحث صياغة العاطفة ذات الحالة المنفصلة لـ Pattisapu et al. إلى نموذج استدلال نشط للقيادة ذي فضاء حالة مستمر.
التقييم الموجه نحو المستقبل: تقترح الصياغة المقترحة ربط التقديرات الوجدانية ليس فقط بالحالات الحالية ولكن أيضاً بالنتائج المستقبلية المتوقعة (عبر أفق متعدد الخطوات)، مما يتماشى مع نظريات التقييم العاطفي.
تقدير تكافؤ مستقر: من خلال حساب متوسط القيم المتوقعة عبر عدة سياسات سابقة، يقلل النموذج من التباين الناتج عن اختيار السياسات العشوائي، مما ينتج إشارات وجدانية أكثر استقراراً.
الاستثارة الدلالية: يقدم المؤلفون طريقة لاشتقاق الاستثارة من عدم اليقين في الحالات الدلالية عالية المستوى (احتمالية الاصطدام) بدلاً من عدم اليقين الحركي منخفض المستوى، لتجنب ردود فعل الاستثارة غير العقلانية تجاه الوكلاء البعيدين غير المهددين.
النتائج تم تقييم النهج في سيناريوهين تفاعليين للقيادة يتضمن كل منهما 128 محاكاة لكل منهما: سيناريو التعدي الجانبي وسيناريو تقاطع مع انتهاك الأولوية. تفاعل الوكيل مع وكيل ممتثل أو وكيل غير ممتثل (معادٍ).
التعدي الجانبي:
الوكيل الممتثل: ارتفعت الاستثارة في البداية مع ارتفاع احتمالية الاصطدام، لكنها انخفضت مع تصرف الوكيل الآخر بشكل حميد. أصبح التكافؤ إيجابياً مع تحسن القيمة البراغماتية.
الوكيل غير الممتثل: عند انتهاك الوكيل الآخر للمعايير، فقد الوكيل النموذجي الثقة، مما أدى إلى زيادة عدم اليقين (الاستثارة) والتكافؤ السلبي. نجح الوكيل في تجنب الاصطدام، مما تسبب في انخفاض لاحق في الاستثارة وارتفاع في التكافؤ.
التقاطع:
الوكيل الممتثل: ظلت العواطف محايدة/هادئة مع تنازل الوكيل الآخر.
الوكيل غير الممتثل: تعرض الوكيل لتكافؤ سلبي وزيادة في الاستثارة مع تجاهل الوكيل الآخر لقواعد المرور. في حالات التجنب الناجحة، تنازل الوكيل، مما أدى إلى الشعور بالراحة (تكافؤ إيجابي). في حالات الاصطدام، انخفضت الاستثارة فقط عندما أصبح الاصطدام لا مفر منه (اليقين من النتيجة)، وظل التكافؤ أقل مما كان عليه في حالات التجنب.
الرسم الخرائطي الدائري: عند رسم النتائج على النموذج الدائري، تماشى الوضع العاطفي للوكيل مع الأنماط البشرية: أدت انتهاكات المعايير إلى الغضب (تكافؤ سلبي، استثارة عالية)، بينما أدى التجنب الناجح إلى الاسترخاء. وانتقلت نتائج الاصطدام من الحزن إلى الاكتئاب.
الأهمية والادعاءات يزعم البحث أن الاستدلال النشط يوفر إطار عمل قابلاً للتطبيق ومبدئياً لنمذجة المكونات الوجدانية للسلوك البشري في القيادة. تكمن الأهمية الأساسية في:
القابلية للتفسير الآلي: يقدم النموذج تفسيراً مهيكلاً لكيفية نشوء الحالات العاطفية من العمليات المعرفية (على سبيل المثال، تؤدي الانحرافات عن النتائج المتوقعة إلى تكافؤ سلبي؛ وينتج عدم اليقين بشأن انتهاكات المعايير استثارة).
التوافق مع نظرية التقييم: تدعم النتائج نظريات التقييم من خلال إظهار أن الاستجابات الوجدانية مدفوعة بالنتائج المتوقعة وانتهاك التوقعات الاجتماعية/المعيارية.
إطار موحد: يدعم هذا العمل رؤية الاستدلال النشط كحساب موحد للإدراك، والفعل، والعاطفة، حيث يوضح أن الحالات الوجدانية يمكن استنتاجها من نفس الإطار التوليدي المستخدم لنمذجة السلوك.
القصور يشير المؤلفون إلى بعض أوجه القصور:
يلتقط النموذج أخطاء التنبؤ قصيرة المدى ولكنه يهمل التوقعات عالية المستوى أو طويلة المدى (على سبيل المثال، السائق في ازدحام مروري قد يظل يشعر بتكافؤ سلبي رغم استقرار التنبؤات قصيرة المدى).
التقييم محدود بالمحاكاة؛ لم يتم إجراء مقارنة مباشرة مع البيانات البشرية (مثل تعبيرات الوجه).
النموذج أحادي الاتجاه (السلوك يؤثر على العاطفة) ولا يأخذ في الاعتبار بعد كيف يمكن للعواطف أن تعدل السلوك (على سبيل المثال، هل يزيد الغضب من المخاطرة).