ACT-R

ACT-R

원저자	존 로버트 앤더슨
안정화 버전	7.21.6-<3099:2020-12-21> / 2020년 12월 21일(2020-12-21)
프로그래밍 언어	리스프
운영 체제	크로스 플랫폼
종류	인지 아키텍처
라이선스	GNU LGPL
웹사이트	act-r.psy.cmu.edu

ACT-R(Adaptive Control of Thought--Rational, 합리적-사고의 적응적 제어) 또는 ACT-R 모델(ACT-R model)은 카네기멜론 대학의 존 R. 앤더슨(John Robert Anderson)을 중심으로 하여 개발된 인지 아키텍처이다. 다른 인지 아키텍처와 마찬가지로, ACT-R은 인간의 마음을 이루는 기본적인 인식과 지각의 조작을 정의하는 것을 목표로 하고 있다. 이론적으로 인간이 수행할 수 있는 과제는 그러한 각각의 조작의 연속으로 이뤄져 있다.

ACT-R의 바탕에 깔린 가정의 대부분은 인지신경과학의 진보에 촉발된 것으로, ACT-R은 각각의 처리 모듈에서 인식이 생겨나도록 뇌가 스스로 조직하는 과정을 설명하는 방식으로 볼 수 있다.

영향

다른 많은 인지 아키텍처와 같이 ACT-R은 앨런 뉴웰(Allen Newell)의 통합인지이론에 영향을 받았다. 실제로 존 R. 앤더슨은 자신의 이론을 세우는데 가장 큰 영향을 준 인물로 앨런 뉴웰을 들고 있다.

ACT-R의 모습

다른 영향력 있는 인지 아키텍처들(Soar, CLARION, EPIC 포함)과 마찬가지로, ACT-R 이론은 특수 코딩 언어의 해석기(interpreter)로서 전산적으로 구현되어 있다. 해석기 자체는 커먼 리스프(Common Lisp)로 작성되었으며, 모든 리스프 언어 배포판에서 실행될 수 있다.

이는 어떤 연구자든 ACT-R 웹사이트에서 ACT-R 코드를 다운로드하여 리스프 배포판에서 실행함으로써, ACT-R 해석기 형태의 이론에 온전히 접근할 수 있음을 의미한다.

또한, 이를 통해 연구자들은 ACT-R 언어로 된 스크립트 형식으로 인간 인지 모델을 구체화할 수 있다. 이 언어의 기본 단위(primitives)와 데이터 타입은 인간 인지에 대한 이론적 가정을 반영하도록 설계되었다. 이러한 가정들은 인지 심리학적 실험과 뇌 영상 촬영에서 도출된 수많은 사실에 근거한다.

프로그래밍 언어와 마찬가지로 ACT-R은 하나의 프레임워크이다. 연구자들은 각기 다른 과업(예: 하노이의 탑, 텍스트나 단어 목록에 대한 기억, 언어 이해, 의사소통, 항공기 조종 등)에 대해 ACT-R로 '모델(즉, 프로그램)'을 생성한다. 이러한 모델들은 인지에 대한 ACT-R의 관점 안에서 해당 과업에 대한 모델러의 가정을 반영한다. 그 후 이 모델을 실행할 수 있다.

모델을 실행하면 인간 행동에 대한 단계별 시뮬레이션이 자동으로 생성되며, 이는 각 개별 인지 연산(즉, 기억 부호화 및 인출, 시각 및 청각 부호화, 운동 프로그래밍 및 실행, 정신적 이미지 조작 등)을 명시한다. 각 단계는 반응 시간과 정확도에 대한 정량적 예측과 연결된다. 모델의 결과와 행동 실험에서 수집된 데이터를 비교함으로써 모델을 검증할 수 있다.

최근 몇 년 동안 ACT-R은 fMRI 실험에서 감지되는 뇌의 활성화 패턴을 정량적으로 예측할 수 있도록 확장되었다. 특히, ACT-R은 운동 피질의 손과 입 영역, 좌측 전전두엽 피질, 전대상 피질, 기저핵을 포함한 여러 뇌 영역의 BOLD 반응(혈중 산소 수치 의존 반응)의 형태와 시간적 경과를 예측할 수 있도록 보강되었다.

개요

ACT-R의 가장 중요한 가정은 인간의 지식이 더 이상 환원될 수 없는 두 가지 종류의 표현, 즉 선언적 지식(declarative)과 절차적 지식(procedural)으로 나뉠 수 있다는 점이다. ACT-R 코드 내에서 선언적 지식은 청크(chunks)의 형태로 표현된다. 즉, 개별 속성들의 벡터 표현이며, 각 속성은 이름표가 붙은 슬롯(labelled slot)을 통해 접근할 수 있다. 청크는 버퍼(buffers)를 통해 유지되고 접근 가능해진다. 버퍼는 모듈(modules)의 프런트엔드(접점) 역할을 하며, 여기서 모듈이란 특수화되어 있고 서로 대체로 독립적인 뇌 구조를 의미한다. 모듈에는 두 가지 유형이 있다.

• 지각-운동 모듈(Perceptual-motor modules): 실제 세계(또는 실제 세계를 모사한 시뮬레이션)와의 인터페이스를 담당한다. ACT-R에서 가장 잘 발달된 지각-운동 모듈은 시각 모듈과 수동(manual) 모듈이다.
• 기억 모듈(Memory modules): ACT-R에는 두 종류의 기억 모듈이 있다.
  • 선언적 기억(Declarative memory): "워싱턴 D.C.는 미국의 수도이다", "프랑스는 유럽에 있는 국가이다", "2+3=5"와 같은 사실적 정보로 구성된다.
  • 절차적 기억(Procedural memory): 프러덕션(productions)으로 구성된다. 프러덕션은 우리가 일을 하는 방법에 대한 지식을 나타낸다. 예를 들어, 키보드에서 "Q"자를 치는 방법, 운전하는 방법, 또는 덧셈을 수행하는 방법 등에 관한 지식이다.

모든 모듈은 오직 버퍼를 통해서만 접근할 수 있다. 특정 시점의 버퍼 내용이 그 순간의 ACT-R 상태를 나타낸다. 이 규칙의 유일한 예외는 절차적 지식을 저장하고 적용하는 절차적 모듈(procedural module)이다. 이 모듈은 접근 가능한 버퍼를 가지고 있지 않으며, 실제로는 다른 모듈의 내용에 접근하는 데 사용된다.

절차적 지식은 프러덕션의 형태로 표현된다. '프러덕션'이라는 용어는 ACT-R이 프러덕션 시스템(production system)으로 구현된 점을 반영하지만, 사실 프러덕션은 주로 대뇌 피질 영역(즉, 버퍼들)에서 기저핵으로, 그리고 다시 피질로 이어지는 정보의 흐름을 규정하기 위한 형식적인 표기법이다.

매 순간, 내부의 패턴 매칭 장치가 버퍼의 현재 상태와 일치하는 프러덕션을 검색한다. 한 시점에는 오직 하나의 프러덕션만 실행될 수 있다. 실행된 프러덕션은 버퍼를 수정할 수 있으며, 이를 통해 시스템의 상태를 변화시킨다. 따라서 ACT-R에서 인지는 일련의 프러덕션 실행(firing)이 이어지는 과정으로 전개된다.

ACT-R의 기본 개념

다른 유력한 인지 아키텍처 (Soar, CLARION, EPIC 등)과 같이, ACT-R 이론에는 전용언어를 번역하기 위한 인터프리터 구현체가 있다. 인터프리터 자체는 리스프로 작성되어 있고, 대부분의 리스프 배포판에서 실행가능하다.

따라서, 연구자가 ACT-R의 웹사이트에서 코드를 다운로드해서 리스프 시스템으로 실행시키면, ACT-R 인터프리터의 형식으로 그 이론을 접할 수 있게 되어 있다.

또한, 이것에 따라 ACT-R언어의 스크립트라는 형식으로 인간의 인지모델을 지정하는 것도 가능하다. 언어의 기본 요소와 자료형은 인지에 관련된 이론적 가정을 반영하도록 설계되어 있다. 이러한 가정은 인지심리학의 실험과 PET, fMRI등 뇌영상처리에서 얻어진 많은 지식에 바탕을 두고 있다.

같이 보기

• 연결주의 모델

외부 링크

• 공식 ACT-R 웹사이트