4E認知は、認知科学における理論的アプローチの一群であり、認知を抽象的な記号を操作する純粋に内部的な計算プロセスと見なす古典的な見解を拒否する。その代わりに、認知プロセスは身体（身体化）、環境（埋め込み）、行為（行為化）によって深く形成され、頭蓋骨を超えて拡張され得る（拡張）と提唱する。この枠組みは現象学、生態心理学、ロボティクス、動的システム理論に基づいており、20世紀後半以降、主流の認知主義に代わる主要な選択肢となっている。
「4E」という用語は2000年代初頭に、これら4つの重複しながらも異なる主張をまとめるために造られた。各「E」には独自の知的系譜があるが、心が単に入力と出力を処理する一種のコンピューターであるという考えに対する共通の反対がある。代わりに、4E理論家は、知覚、記憶、推論、さらには意識さえも、生きた身体と世界との相互作用から切り離せないと主張する。
身体化認知
身体化認知は、4つのEの中で最も広く議論されている。それは、生物の身体の具体的な物理的詳細（形状、運動能力、感覚装置、神経構造）が、どのように思考し知覚するかに影響を与えると主張する。例えば、物体を掴む能力は手の形態に依存し、これが乳児が空間と因果性について学ぶ方法を形成する。この分野の研究は、フランシスコ・ヴァレラ、エレノア・ロッシュ、エヴァン・トンプソンの研究を頻繁に引用し、彼らの1991年の著書『身体化された心』は基礎的なテキストであった。
主要な実証的流れは、運動共鳴と鏡像ニューロンに関する研究から来ており、これは1990年代にパルマ大学のジャコモ・リッツォラッティのグループによってマカクザルで初めて発見された。これらのニューロンは、動物が行動を実行するときと、同じ行動を観察するときの両方で発火し、他者の行動の理解が自分の運動レパートリーに基づいていることを示唆する。後のEmbodied cognitionの研究は、「正義」や「温度」のような抽象的な概念さえも、しばしば身体的な比喩を通じて理解されることを示しており、これはジョージ・レイコフとマーク・ジョンソンが1980年の著書『レトリックと人生』で論じたものである。
埋め込み認知
埋め込み認知は、認知プロセスが常に物理的・社会的環境の中に位置づけられ、その環境が多くの作業を担っていることを強調する。脳が世界の完全な内部モデルを構築するのではなく、環境自体を外部記憶や計算資源として利用することが多い。これは「オフローディング」と呼ばれることがあり、例えば買い物リストを書く、作業スペースに道具を配置する、カレンダーを使って予定を覚えるなどが挙げられる。
典型的な例は、ノートやスマートフォンを使って、作業記憶に負担をかける情報を保存することである。環境は単なる入力の源ではなく、認知プロセスにおける能動的なパートナーである。この見解は、人間とコンピュータの相互作用やユーザーインターフェースの設計に影響を与えており、ユーザーに情報を記憶させるのではなく、世界の中で情報を利用可能にすることを目指している。
行為化認知
3番目のEである行為主義は、認知が生物と環境の間の動的な相互作用を通じて生じると主張し、知覚は受動的な受容ではなく能動的な探求であるとする。この用語は、生物学者ウンベルト・マトゥラーナの研究に基づいて、ヴァレラ、トンプソン、ロッシュによって『身体化された心』で導入された。行為主義は、生命システムは自律的なエージェントであり、所与の外部現実を単に表現するのではなく、その行動を通じて世界を「引き出す」と主張する。
中心的な概念は「意味生成」であり、生物のニーズと目標が環境内で何が関連するかを決定する。例えば、ブドウ糖勾配を上って泳ぐ細菌は、勾配の表現を計算しているのではなく、基本的な形の意味生成に従事している。この見解はロボティクスに応用され、1980年代にMITのロドニー・ブルックスなどの研究者が、内部マップなしでナビゲートし、単純な感覚運動ループに依存する行動ベースのロボットを構築した。
拡張認知
拡張心テーゼは、アンディ・クラークとデイヴィッド・チャーマーズが1998年の論文「拡張された心」で最も有名に提唱したもので、一部の認知プロセスは頭蓋骨に限定されず、外部の道具や他の人々さえも含むことができると主張する。彼らの思考実験には、アルツハイマー病を患い、重要な情報を保存するためにノートを使用するオットーという人物が登場し、これは神経典型的な人が生物学的記憶を使用するのと同様である。クラークとチャーマーズは、ノートが記憶と同じ機能的な役割を果たすならば、それはオットーの認知システムの一部であると論じる。
このテーゼは広範な議論を引き起こした。フレッド・アダムスやケン・アイザワのような批評家は、認知プロセスは内部メカニズムによって因果的に駆動されなければならないと主張し、擁護者は脳と世界の境界は原理的ではないと応答する。拡張心はArtificial intelligenceに影響を与えており、特にウェアラブルデバイス、拡張現実、または脳-コンピュータインターフェースを通じてAIシステムが人間の認知と統合される方法を理解するために重要である。
歴史的ルーツ
4E認知の知的ルーツは現象学、特にモーリス・メルロー＝ポンティの研究に遡り、彼は1945年の『知覚の現象学』で、身体は対象ではなく、世界を知覚する媒体そのものであると論じた。彼の「世界内存在」の概念は、ジェームズ・J・ギブソンのような後の生態心理学者に影響を与え、彼はアフォーダンス（環境が生物に提供する行動の機会）の理論を発展させた。ギブソンの1979年の著書『生態学的視覚論』は、内部表現の考えを拒否し、直接知覚を支持した。
1980年代から1990年代にかけて、これらのアイデアはロボティクスとArtificial intelligenceにおいて、古典的な記号AIの限界への反応として取り上げられた。ブルックスや後のロルフ・ファイファーのような研究者は、知的な行動は中央モデルを必要とせず、単純なルールと複雑な環境の相互作用から生じると論じた。この「行動ベース」アプローチは、ロボティクスにおける現代の身体化AIの直接の前駆体であった。
批判と議論
4E認知は認知科学内部から重要な批判に直面してきた。一つの主要な異議は、枠組みが曖昧すぎることであり、各「E」が著者によって異なる意味を持つ。ジェリー・フォーダーやゼノン・ピリシンのような批評家は、計算理論の心を擁護し、精神プロセスは身体の詳細に関係なく、精神的表現に対する操作として最もよく理解されると論じた。
もう一つの批判は拡張心テーゼに関するもので、一部の人には直感に反するか、あるいは馬鹿げているとさえ思われる。例えば、人が電卓を使用する場合、電卓はその人の心の一部なのか？擁護者は、基準は単なる使用ではなく、オットーのノートのように統合と信頼であると応答する。認知オフローディングに関する実証研究は、人々が認知負荷を減らすために外部ツールを日常的に使用することを示しているが、これが真の認知を構成するかどうかは依然として議論の的である。
4E認知とMachine learningにおけるNeural networkアプローチとの関係についても議論がある。大規模なデータセットから明示的なルールなしに学習する深層学習モデルは、仮想的な意味での「身体化」認知の一形態であると主張する者もいるが、これらのモデルには身体と相互作用する世界が欠けていると指摘する者もいる。これにより、MIT CSAILやBAIR (Berkeley AI Research)などの機関でのロボティクス研究に見られるように、言語と知覚を物理的相互作用に基づかせる「身体化AI」への呼びかけが生じている。
応用と影響
議論にもかかわらず、4E認知はいくつかの応用分野に影響を与えてきた。教育では、学生がジェスチャーや物理的な操作具を使って抽象的な概念を理解する「身体化学習」アプローチを刺激した。人間とコンピュータの相互作用では、有形ユーザーインターフェースなど、ユーザーの身体と環境を活用する設計につながった。心理療法では、精神的状態が身体の姿勢や動きによって部分的に構成されるとする身体ベースの療法に貢献した。
Artificial intelligenceでは、この枠組みは、静的なデータセットではなく試行錯誤を通じて学習するインタラクティブなロボットの研究を動機付けた。OpenAIやGoogle DeepMindのような企業は、シミュレーション環境での強化学習を探求しており、これは埋め込み認知の一形態と見なすことができる。しかし、GPT-4のような現在のLarge language modelのほとんどは物理的な意味で身体化されておらず、それらが「理解」すると言えるかどうかは、4E理論家が懐疑的にアプローチする未解決の問題である。
将来の方向性
4E認知の未来は、おそらく実証的な神経科学とAIとのより緊密な統合にある。Neuralinkや他の企業によって開発されている脳-コンピュータインターフェースの進歩は、脳と機械の境界を曖昧にし、拡張心テーゼの現実世界でのテストを提供するかもしれない。同様に、豊かな感覚運動能力を持つヒューマノイドロボットの開発は、身体化が認知をどのように形成するかについて新たな洞察を提供する可能性がある。
もう一つの方向性は社会的認知の研究であり、「拡張」の「E」がグループや制度に適用される。一部の理論家は、一緒に働くチームが分散認知システムを形成できると主張し、例えば船の乗組員が船を航行する場合が挙げられる。これは組織設計や、人間とAIシステムの両方における集合知の理解に影響を与える。
2020年代初頭の時点で、4E認知は活気に満ちた議論の多い分野であり続けており、年次会議、専門誌、そして成長する実証研究の蓄積がある。その核心的な洞察、つまり心は孤独なコンピューターではなく、生きた、身体化された、世界に関与するプロセスであるという考えは、認知科学に挑戦し続け、豊かにし続けている。