Kodowanie predykcyjne: ostateczna teoria neuronauk?

Mowa o teorii przetwarzania predykcyjnego, która w uproszczeniu głosi, że mózg buduje pewien model świata i nieustannie tworzy predykcje (przewidywania) dotyczące danych, które będą do niego napływały, po to, żeby maksymalizować skuteczność własnego działania w tym świecie. Można też powiedzieć, że mózg próbuje zminimalizować tzw. błąd predykcyjny, czyli rozbieżność pomiędzy danymi docierającymi do niego, a danymi przewidywanymi. Ta prosta w założeniach idea wykorzystywana jest dziś do opisu procesu percepcji zmysłowej, działania oraz wyjaśniania szeregu szczegółowych zjawisk (m.in. modelowania urojeń).

Jakie cechy kodowania predykcyjnego mogą sprawić, że właśnie ta teoria jest kandydatką na teorią działania „całego mózgu”? Zwolennicy tej koncepcji twierdzą przede wszystkim, że  może ona zapewnić środki do budowy połączeń pojęciowych pomiędzy teoretycznymi i empirycznymi badaniami nad poznaniem i świadomością. Co więcej, teoria ta może pokazać nam zadziwiające połączenia pomiędzy, na pierwszy rzut oka, odległymi od siebie zjawiskami, poprzez wprowadzenie ogólnego sposobu ujęcia funkcjonowania mózgu. Ale najważniejsze jest to, że przetwarzanie predykcyjne jest w stanie, w sposób ogólny, wyjaśnić, w jaki sposób funkcjonuje nasz umysł w środowisku.

Odrzucone założenie

Od wieków filozofowie i naukowcy zajmujący się wyjaśnieniem w jaki sposób nasz mózg odbiera rzeczywistość, konstruowali takie wyjaśnienia opierając się na pewnym założeniu. Głosi ono, że jesteśmy tylko biernymi odbiorcami pewnych treści, tj. nie tworzymy/kształtujemy w żaden tego co do nas dochodzi. Jako pierwszy problem z tym założeniem zauważył Kant, który twierdził, że wewnętrzna organizacja naszego aparatu poznawczego kształtuje do pewnego stopnia sposób postrzegania przez nas rzeczywistości.

Gdy odrzucimy przeświadczenie, że nasz mózg jest tylko biernym odbiorcą danych, musimy wyjaśnić, na czym polega jego czynny charakter poznawczy

Jednym z głównych zadań, które napotykamy w środowisku, w którym żyjemy, jest odnajdywanie przyczyn zdarzeń oraz konstruowanie ciągłych „narracji” wyjaśniających nam uporządkowaną naturę rzeczywistości. Ma nam to ułatwić planowanie i podejmowanie działań oraz zminimalizować „zaskoczenie” danymi do nas docierającymi.

Mózg halucynujący

Przetwarzanie predykcyjne to teoria, która nie tylko utrzymuje, że jeżeli działamy w pewnym środowisku, to przewidujemy jakie bodźce pojawią się na skutek tego działania, ale utrzymuje też, tak samo sprawa ma się z samym otrzymywaniem bodźców. Nasz układ poznawczy cały czas przewiduje, jakie bodźce do nas dotrą. Przy tak ujętym zadaniu mózgu, precyzyjnie możemy powiedzieć, że jego rolą jest ciągłe przewidywanie oraz minimalizowanie błędu przewidywania, czyli takiej sytuacji, w której bodziec otrzymany nie pokrywa się z bodźcem przewidywanym. W swojej książce dotyczącej struktury „Ja” fenomenalnego, Thomas Metzinger pisze o ludzkim mózgu, jako o systemie który ciągle „halucynuje” rzeczywistość i który pozwala na ciągłe zderzanie się jego symulacji rzeczywistości z danymi percepcyjnymi. Ta metafora mózgu halucynującego dość dobrze oddaje podstawowe założenie przetwarzania predykcyjnego.

Ważne jest podkreślenie, że przetwarzanie predykcyjne jest teorią wysokiego poziomu, tj. nie wyjaśni nam jak przebiegają procesy neuronalne w mózgu, ale powie nam, jak powinniśmy postrzegać ja w kontekście zadań naszego procesu poznawczego. W takim ujęciu możemy powiedzieć, że przetwarzanie predykcyjne jest ogólną ramą teoretyczną, zawierająca pewne zasady komputacyjne, które mogą być wykorzystane do opisywania percepcji, działania, poznawania i ich związków w sposób jednorodny pojęciowo. Wydaje się, że teoria ta może operować zarówno na poziomie subpersonalnym (neurobiologicznym), jak i personalnym (świadomych zachowań podmiotu), za każdym razem patrząc na mózg jak na organ nieustannie przewidujący pewne działania, i na tej podstawie może oferować pewien model eksplanacyjny.

Przyjmuje się w literaturze, że jest kilka cech, które występować muszą w jakiejś teorii, aby uznana została ona za teorię predykcyjną. Przede wszystkim taka teoria musi zakładać jakąś formę przetwarzania danych „z góry ku dołowi” oraz „z dołu ku górze” i przyjmować wzajemne połączenia tych sposobów przetwarzania. Idąc dalej, teoria taka musi korzystać z jakiejś formy szacowania statystycznego, tj. powinna przyjmować, że w mózgu zachodzi generowanie statystycznych hipotez w celu wyjaśnienia sygnałów sensorycznych. Co więcej, jednym z najważniejszych zadań mózgu ramach takiej teorii musi być minimalizacja błędu predykcji, która opierać się powinna na wnioskowaniu bayesowskim, a więc zakładającym dynamiczne zmieniające się prawdopodobieństwa zgodnie ze wzorem Bayesa.

Znając podstawowe założenia teorii przetwarzania predykcyjnego możemy się zastanowić czy może ona aspirować do miana ogólnej teorii mózgu. Wydaje się, że w związku z jej komputacyjnym charakterem oraz jej ogólnością, dobrze ona będzie pasowała do pewnego ideału takiej teorii. Z drugiej strony, ten poziom ogólności oraz jej założenia, zbyt skomplikowane, gdy przełoży się je na poziom teorii niższego poziomu, dla niektórych naukowców są argumentem za tym, że ogólnej teorii mózgu wciąż szukamy.

Polecana literatura:
Hohwy, J. (2013). The predictive mind. Oxford University Press.
Metzinger, T. (2004). Being no one: The self-model theory of subjectivity. MIT Press.
Wiese, W., & Metzinger, T. (2017). Vanilla PP for philosophers: A primer on predictive processing. Dostępne: https://predictive-mind.net/

Zobacz wykład dr. Bartosza Janika: