Mózg i kodowanie predyktywne

Ten proces jest szczególnie fascynujący dla ludzkiego mózgu, ponieważ jeszcze nie znamy wszystkich rzeczy, jakie wykonuje mózg. Niektóre funkcje mózgu są oczywiste, jak wzrok lub kontrola motoryczna, ponieważ są one świadome. Większość jednak tego, co robi mózg, jest podświadoma i musimy się najpierw dowiedzieć, że mózg w ogóle wykonuje pewne rzeczy, głównie przez badanie tego, co dzieje się, kiedy tego nie robi.

Na przykład, traktujemy jako oczywistość to, że poruszamy się tyle, ile chcemy, ani więcej, ani mniej. Ale ta równowaga między chęcią poruszenia się i wynikającym z tego ruchem nie jest automatyczna. W mózgu istnieje cały układ, układ pozapiramidowy, który jest szeregiem pętli sprzężenia zwrotnego starannie modulującym dobrowolny ruch moment za momentem (stosunek między impulsem – pragnieniem poruszenia się, a rezultatem – ruchem). Choroba Parkinsona jest wynikiem zakłócenia tego obwodu, co powoduje, że ludzie poruszają się mniej i mogą nawet zastygnąć. Pląsawica (jak w pląsawicy Huntingtona) powoduje, że ruch zostaje spotęgowany, a więc ludzie z tą chorobą nieustannie skręcają się.

Jest wiele innych zdumiewających przykładów rzeczy, których większość ludzi nawet nie wie, że robią ich mózgi, lub, że muszą to robić. Są w mózgu obwody niezbędne do uczucia, że jesteś w swoim ciele, że jesteś właścicielem i panujesz nad różnymi częściami swojego ciała i że jesteś odrębny od wszechświata. Zakłóć te obwody, a twoja rzeczywistość zmieni się.

Być może najbardziej intensywnym podświadomym procesem mózgu jest filtrowanie wkładu – zarówno wkładu czuciowego, jak wewnętrznych myśli. To dotyczy zjawiska uwagi. Na co zwracamy uwagę, a co ignorujemy? A to jest tylko część procesu budowania strumienia świadomości. Czuciowe i wewnętrzne sygnały nie są po prostu filtrowane, są porównywane ze sobą i z naszym wewnętrznym modelem rzeczywistości, z naszymi oczekiwaniami.

Ten proces działa w obu kierunkach, co znaczy, że to, co postrzegamy, wpływa na to jak budujemy nasze doświadczanie rzeczywistości, ale potem to, co zbudowaliśmy z postrzegania, idzie wstecz i wpływa na samo postrzeganie. Na przykład, kiedy nasza drugorzędowa kora wzrokowa myśli, że patrzymy na słonia, komunikuje się z pierwszorzędową korą i zasadniczo mówi: zrób, żeby to bardziej wyglądało jak słoń.

Istnieje jednak jeszcze inny wymiar konstrukcji naszego mózgu tej rzeczywistości, jaką postrzegamy – czas. Częściowo dlatego, że nasze przetwarzanie mózgowe pozostaje nieco w tyle za wydarzeniami dziejącymi się w realnym czasie, nasze mózgi przenoszą nieco w przyszłość to, co sądzę, że się zdarzy. Inaczej nie bylibyśmy w stanie złapać rzuconej piłki.

Ponadto przewidujemy, jak naszym zdaniem zachowa się świat, co neuronaukowcy nazywają “kodowaniem predyktywnym” (określenie zapożyczone z informatyki). Te nieustanne przewidywania tego, co stanie się za chwilę, są skonstruowane z bieżących wydarzeń, ale także z kontekstu naszej obecnej sytuacji i z naszych oczekiwań zbudowanych z naszej pamięci i wewnętrznych modeli.

Tak więc na przykład, jeśli jesteśmy na przedmieściu po zachodzie słońca i słyszymy świerszcze, jest to zgodne z naszymi oczekiwaniami. Istnieją różne dźwiękowe krajobrazy i kiedy są zgodne z naszymi oczekiwaniami, niezbyt je zauważamy. Jest to informacyjny „szum” w tle, nie zaś sygnał, na który nasz mózg musi zwrócić uwagę. Jeśli jesteśmy w centrum miasta i słyszymy klakson samochodowy, ignorujemy go. Jeśli jesteśmy na wsi i słyszymy klakson, zauważamy go.

Innymi słowy, istnieje podświadomy proces, który ocenia wkład czuciowy w oparciu o oczekiwania i decyduje, czy coś jest szumem, czy sygnałem. To znaczy, że nasze mózgi muszą ustalić progi filtra. Jeśli odfiltrowujemy zbyt dużo, tracimy ważną informację. Jeśli odfiltrowujemy zbyt mało, przytłacza nas szum.

Kolejną warstwą w tym procesie ustalania, co powinniśmy zauważyć, jest szczegół kontra całość. Jak bardzo mamy skupić się na małych szczegółach, a na ile szukać całościowego  obrazu? Wydaje się, że jest to proces dynamiczny, co znaczy, że równowaga jest czymś co mózg monitoruje i dostosowuje w miarę potrzeby. Możemy najpierw zwracać uwagę na szczegóły, aż dostrzegamy większy wzór, a wtedy zajmujemy się wzorem i pomijamy szczegóły. Szczegóły stają się szumem, wzór jest tym, co ważne.

Jak powiedziałem na początku – patologia może dać nam wgląd w normalne lub typowe funkcjonowanie mózgu. Kilku badaczy postawiło niedawno hipotezę, że ludzie z autyzmem mogą mieć inną równowagę „szczegół kontra postać” lub mogą mieć zmniejszoną zdolność do kodowania predyktywnego – oczekiwania, co przyjdzie następnie w oparciu o doświadczenie i wewnętrzne modele.  

W “Science Magazine” jest fascynujący artykuł o tej hipotezie, który warto przeczytać.

Chodzi o to, że pewne rodzaje autyzmu mogą obejmować wieczne zaskakiwanie tym, co dzieje się wokół, z powodu obniżonej zdolności do przewidywania, co zdarzy się za chwilę, w oparciu o kontekst i inne wskazówki. Może być tam również tendencja do koncentrowania się na szczegółach i brak zdolności przejścia do dużego obrazu i ignorowania szczegółów.

Być może dlatego niektórzy ludzie z autyzmem lubią mieć wiele kontroli nad swoim środowiskiem i zachowywać sztywne rutyny. Chcą, żeby wszystko było rutynowe i przewidywalne, ponieważ mają kłopoty z radzeniem sobie z chaosem życia.

Są także ludzie, którzy nie uważają tego za zaburzenie, a po prostu za coś nietypowego. Jest to interesująca perspektywa i nie jestem pewien, czy istnieje jakieś obiektywne rozwiązanie tej debaty. Według tego poglądu mózg może mieć różne stany równowagi, z różnymi punktami mocnymi i słabościami. Żadna równowaga nie jest „poprawna” lub choćby optymalna. Po prostu są różne kompromisy. Najpowszechniejsza równowaga jest uważana za „normalną” przez większość ludzi, ale niekoniecznie jest normalna, a po prostu najpowszechniejsza. 

W rzeczywistości dobrze jest, że w naszej populacji są wyjątki z innymi słabymi i mocnymi stronami. Potrzeba wielu różnych talentów, by nasz świat działał.

W każdym razie myślenie o tym, jak działają nasze mózgi, jest fascynujące. Ciągle odkrywamy nowe warstwy funkcji naszych mózgów i tworzymy doświadczenia z własnych doświadczeń. Zawsze szukam następnej rzeczy, o której nawet nie wiedziałem, że mózg robi.

The Brain and Predictive Coding

12 marca 2018

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska

Steven Novella

Neurolog, wykładowca na Yale University School of Medicine. Przewodniczący i współzałożyciel New England Skeptical Society. Twórca popularnych (cotygodniowych) podkastów o nauce The Skeptics’ Guide to the Universe.  Jest również dyrektorem Science-Based Medicine będącej częścią James Randi Educational Foundation (JREF), członek Committee for Skeptical Inquiry (CSI) oraz członek założyciel Institute for Science in Medicine.

Prowadzi blog Neurologica.