Прогнозирующие кодирование мозга или как он строит модель окружающего мира.

Прогнозирующие кодирование мозга или как он строит модель окружающего мира.

Прогнозирующее кодирование — это нейробиологическая теория, предполагающая, что мозг функционирует как «байесовский предсказатель», постоянно генерируя внутренние модели окружающего мира. Вместо пассивной обработки сенсорных сигналов он активно строит гипотезы о будущих событиях, сравнивает их с реальностью через сенсорные входы и корректирует ошибки предсказаний. Например, при распознавании речи мозг предугадывает следующие слова, опираясь на контекст, что ускоряет обработку информации.

• Модели мира: Мозг создает и поддерживает внутренние модели мира, которые представляют собой знания о закономерностях, причинно-следственных связях и статистических свойствах окружающей среды.
• Прогнозы: Мозг использует эти модели для генерации прогнозов о будущих сенсорных входах.
• Сигналы ошибки предсказания: Разница между прогнозом и фактическим сенсорным входом генерирует сигнал ошибки предсказания. Этот сигнал указывает на то, что модель мира нуждается в обновлении.
• Иерархическая обработка: Процесс прогнозирования и исправления ошибок происходит на нескольких уровнях иерархии обработки в мозге. Более высокие уровни генерируют прогнозы, которые передаются вниз, а ошибки предсказания передаются вверх.
• Корковые слои: Высшие области (например, префронтальная кора) формируют абстрактные предсказания, которые нисходят к сенсорным зонам. Ошибки предсказаний передаются вверх по иерархии для обновления моделей.
• Нейромедиаторы: Дофамин играет ключевую роль в оценке точности прогнозов — его выброс коррелирует с неожиданными вознаграждениями или отклонениями от ожиданий.
• Энергоэффективность: Система минимизирует «вычислительные затраты», подавляя обработку ожидаемых сигналов (например, мы не замечаем тиканье часов, пока на них не обратим внимание).
• Минимизация ошибок: Мозг стремится минимизировать ошибки предсказания, либо изменяя свои внутренние модели (обучение), либо изменяя свое поведение, чтобы лучше соответствовать прогнозам (активное восприятие).

1. Ожидание: Вы видите кружку на столе и ожидаете, что она будет ощущаться определенным образом, когда вы возьмете ее в руки (вес, текстура, температура).
2. Сенсорный ввод: Вы берете кружку.
3. Сравнение: Ваш мозг сравнивает ожидаемые ощущения с фактическими ощущениями от кружки.
4. Ошибка предсказания: Если есть разница между ожидаемым и фактическим ощущением (например, кружка оказалась неожиданно горячей), генерируется сигнал ошибки предсказания.
5. Обновление модели: Мозг использует этот сигнал ошибки предсказания, чтобы обновить свою модель кружек (например, «Эта кружка может быть горячей»). Или, если ошибка очень большая, вы можете отдернуть руку.

• Восприятие: Объясняет, как мы воспринимаем мир не как пассивные получатели информации, а как активные конструкторы реальности.
• Внимание: Помогает понять, как мы выбираем, на что обращать внимание – мы обращаем внимание на то, что не соответствует нашим ожиданиям.
• Обучение: Объясняет, как мы учимся – путем минимизации ошибок предсказания и обновления наших внутренних моделей мира.
• Действие: Помогает понять, как мы планируем и выполняем действия – мы действуем, чтобы подтвердить наши прогнозы.
• Психические расстройства: Предполагается, что нарушения в прогнозирующем кодировании могут быть связаны с различными психическими расстройствами, такими как шизофрения, аутизм и тревожные расстройства (гиперчувствительность к ошибкам предсказаний ведет к катастрофизации событий («ожидание худшего»).

• Оптические иллюзии: Иллюзия «вращающейся змеи» возникает из-за конфликта между предсказанием движения и статичным изображением.

• Социальное взаимодействие: Мозг предсказывает реакции собеседника, используя теорию психического, что объясняет трудности при аутизме, где эта функция нарушена.
• Боль: Хроническая боль может усиливаться из-за ошибочных предсказаний угрозы
• Обучение языку: Мы учимся языку, предсказывая, какие слова будут сказаны дальше, и исправляя свои прогнозы на основе обратной связи.
• Вождение автомобиля: Мы постоянно предсказываем действия других водителей и пешеходов, чтобы избежать аварий.

Прогнозирующее кодирование – это мощная и влиятельная теория, которая предлагает унифицированный взгляд на то, как мозг обрабатывает информацию, учится и взаимодействует с миром. Она имеет широкие последствия для понимания нормального и патологического функционирования мозга.

Автор текста: Ю.Р. Ковалюк