Predictive coding
I sidste indlæg her på hjernebloggen skrev jeg om predictive coding i øjet. Predictive coding (»bearbejdning ud fra forudsigelser«) er en grundlæggende måde at bearbejde information på. Det er at have en forudsigelse eller model for den information man modtager. Det er kun AFVIGELSEN mellem ny information og modellen som bliver kodet om til et signal. Informationen i hjernen består altså af overraskelser i stedet for den fulde historie.
For at bruge øjet som eksempel: øjet har to primære forudsigelser, 1) at verden er ensfarvet og 2) at verden står stille. Det betyder, at det (næsten) kun er kontraster og bevægelser der er overraskende, og som derfor sendes videre til hjernen. Det er ikke det fulde ubehandlede synsindtryk. Ved hjælp af sin model ignorerer øjet alt det ikke-overraskende og sender kun det overraskende videre til hjernen.
Vi begynder sjældent en samtale med at sige »hold da op, tyngdekraften peger godt nok nedad i dag« eller andre trivielle ting. Samtalerne ville simpelthen blive utroligt ligegyldinge. Vi snakker hellere om naturkatastrofer, dødsfald, lottogevinster og andre overraskende begivenheder. Tyngdekraften kan vi ignorere at tænke over det meste af tiden, fordi den er underforstået – vores forventning stemmer godt overens med fakta.
En nørdet idé bliver til en stor teori
I 80'erne og 90'erne opdagede man, at ikke kun øjet arbejder ved brug af predictive coding, men også det visuelle cortex (hjernens synsområde som modtager signaler fra øjet). Det visuelle område 'forventer' visse features i signalet fra øjet (fx lodrette og vandrette linjer, jævne bevægelser mm.) og sender kun afvigelser (eller overraskelser) videre.
Det er altså kun overraskelser som er tilgængeligt for resten af hjernen. Siden da, har forskere nørdet med at lave matematiske modeller og mere præcise finere eksperimenter til at undersøge dette fænomen.
For nyligt skete det så: filosoffen Andy Clark udgav en artikel med den beskedne titel: Whatever Next? Predictive brains, situated agents and the future of cognitive neuroscience. Andy Clark samler her trådene fra filosofi, neurovidenskab og robotforskning til en 'grand unified theory of the brain' hvor predictive coding er et gennemgående princip.
Hierarkisk predictive coding
Kernen i hans teori er simpel: øjet og synsområdet er blot de nederste lag i et system med mange niveauer og predictive coding finder sted på hvert eneste niveau. Hvert lag udfører sin predictive coding ved hjælp af forudsigelser 'oppefra' og information 'nedefra'. De er altså organiseret hierarkisk, hvor forudsigelser rejser nedad 'top-down' og afvigelser fra forudsigelserne rejser opad 'bottom-up'.
Teorien er meget velfunderet, så vi kan godt tillægge den noget vægt. Lad os sige at Andy Clark har ret – hvad er implikationerne?
Hjernen bearbejder primært overraskelser
Først og fremmest betyder det, at vores indtryk af omverdenen udelukkende består af overraskelser – afvigelser i forhold til vores interne forudsigelser. Hvis vi ser en plastikfodbold er det ikke en hel 'plastikfodbold' der når de højere niveauer i hjernen, men derimod fx overraskelsen 'ikke-læder', hvis vi havde forventet en normal fodbold. Det er udelukkende disse 'ikke-X', som udløser nyt arbejde fra hjernen.
Repræsentationer er primært forventninger.
Hjernen forsøger konstant at give de bedst mulige forudsigelser fordi den vil ignorere mest muligt og dermed undgå flest overraskelser. (I stedet for 'ignorere' skriver Andy Clark 'explain away' for at gøre det tydeligt at det ikke afvises dogmatisk, men i stedet fordi det allerede er forklaret og ikke bringer noget nyt til til bordet. Note: når jeg skriver at hjernen 'forsøger' og 'vil', skal det forstås på samme måde, som en sten 'forsøger' og 'vil' falde nedad - det følger naturligt af den måde, hjernen er bygget op på)
I vores fodboldeksempel finder hjernen ud af, at forudsigelsen 'plastik-fodbold' skiller os af med den ubehagelige 'ikke-læder' og vi har nu ignoreret mest muligt, så der (næsten) ikke længere er nogen overraskelse. Dermed rejser der (næsten) ikke længere information opad i hierarkiet og vores oplevelse af bolden består dermed (næsten) udelukkende af vores forudsigelse!
Men, advarer Clark, vi skal ikke hermed forledes til at tro, at verden er en illusion, vores hjerne laver. 'plastikfodbold' forudsigelsen var netop en tilpasning til fodbolden 'out there' og på den måde er informationen i hjernen fundamentalt i overensstemmelse med omverdenen. Det sker fordi hjernen forsøger at ignorerealt ved at skabe en god indre model af omgivelserne.
Mindre ny information giver større effektivitet.
Gevinsterne ved denne »kun fejl udløser hjernearbejde« måde at fungere på, er at hjernen kan arbejde hurtigt og effektivt med vigtig information. Det er kun vigtig information der rejser opad, da overraskelser næsten altid er vigtig information. Det er hurtigt og effektivt fordi der nu er langt mindre information, der skal arbejdes med, da det er blevet 'komprimeret' igennem denne hierarkiske 'ignorering' af information.
Skal vi fx gribe plastikfodbolden i uforudsigelig sidevind, vil hjernen starte med at forudsige en normal ballistisk bane (som hvis der var vindstille) og vi skal nu kun sætte bevægelser i gang på baggrund af afvigelser herfra. Det er meget nemmere og langt mere effektivt end alternativet: hvert øjeblik at skulle forholde sig til fodbolden, dens placering, græsset, sollyset og andre ting, som hjernen ignorerer.
Essensen af det, Andy Clark fortæller os, er, at predictive coding starter helt fra sanseorganerne omformer stimulation til kontraster, ændringer mm., og hele vejen op til forståelse af objekter, relationer mm.
Men det tunge arbejde gøres på de lave niveauer, i kroppen, nerver og basale hjernestrukturer. Når afvigelse-på-afvigelse-på-afvigelse når op i hierarkiet, er det nærmest ugenkendeligt for 'udeforstående'. Men det er genkendelig og nyttig information for hjernen, for den kender den 'indforståede' model som den selv har lavet, og som afvigelserne opstod fra.
One-liner opsummering:
Hele vores krop, men hjernen i særdeleshed, forudsiger altså alt. Og det er primært disse forudsigelser der bliver til vores oplevelse af omverdenen. Det er et smart trick der gør, at vi kan reagere hurtigt på vigtige begivenheder.
Denne artikel er oprindeligt publiceret som et blogindlæg.
