Машина мышления. Заставь себя думать

Если всё максимально упростить, то теорема Байеса утверждает: вероятность какого-либо события — это то же самое, что и частота наступления этого события, где частота — это количество измерений.

Таким образом, если разделить число известных случаев события на общее количество измерений, мы получим вероятность события.

Феномен предиктивного кодирования — это и есть механизм предсказания вероятности будущих событий, который с математической точки зрения описывается как раз вариационными байесовскими методами.

Последние учитывают и поступающие данные, и скрытые переменные с различными потенциальными вариантами отношений между ними. То есть это уже многоуровневая байесовская модель, которая позволяет аппроксимировать расчёт вероятностей до конкретных предсказаний.

Над этой темой, если вы захотите разбираться в ней более детально, работают Карл Фристон и Саша Ондобака из Университетского колледжа Лондона, Анил Сет из Университета Сассекса, а также канадка Лиза Фельдман Барретт из Северо-Восточного университета в Бостоне и Кайл Симмонс из Университета Оклахомы.

А упоминаю я обо всём этом только потому, что возможность подобной математизации имеет чрезвычайно большое методологическое значение…

Фактически мы видим, что в основе психической функции предиктивного кодирования лежит не «мысль», как мы привыкли её понимать, а алгоритм.

Так что нет ничего удивительного в том, что предиктивное кодирование определяется сейчас уже как универсальный механизм адаптации множества различных систем к средам, в которых они могут оказаться.

Клетка биологического организма с помощью предиктивного кодирования предсказывает поступление веществ из межклеточной среды и заранее готовится к этому, продуцируя необходимые для такого случае белки.

Нейроны зрительной коры прогнозируют то, что внешняя среда покажет им в ближайшее мгновение. На высоком когнитивном уровне мы точно так же постоянно прогнозируем то, что ещё не произошло, но с большой вероятностью может случиться.

Или вот посмотрим, как этот механизм работает на уровне конкретного нейрона.

Допустим, у нас есть нейрон В, который возбуждается от нейрона А и передаёт соответствующий сигнал нейрону С.

Допустим, что нейрон В привык, что нейрон А возбуждает его сотней синапсов. Соответственно, активация ста синапсов на нейроне А создаёт потенциал действия, который передаётся по цепи нейрону С.

В результате, согласно принципу предиктивного кодирования, нейрон С предсказывает, что получит привычный для него потенциал действия от нейрона А, и живёт с этим счастливым ощущением предопределённости.

Но в один прекрасный момент нейрон А передаёт нейрону В слабый сигнал, в результате чего достаточного потенциала действия не возникает и нейрон С вообще не получает никакого сигнала.

В другой прекрасный момент нейрон А перевозбуждается и перевозбуждает нейрон В, а С получает сигнал, который совершенно не ожидал получить.

Итак, вот она, реальная жизнь, полная неопределённости и вероятностей.

Нейрон С, желая справиться с возможной ошибкой, начинает готовиться к неопределённости: он экспрессирует больше рецепторов для захвата нейромедиаторов или, наоборот, уменьшает их количество, изменяет число ионных каналов на своей мембране (об этом мы поговорим чуть позже), отращивает или, наоборот, элиминирует шипики, налаживает контакты с другими нейронами, чтобы перераспределять полученный потенциал, и т. д., и т. п.

Если нейрон не сумеет адаптироваться и не сможет эффективно играть в эту «угадайку», то мы получим ошибку, которая может даже привести к психическому недугу. Впрочем, с нейроном А и с нейроном В происходит то же самое…

Мы с вами рассмотрели взаимодействие лишь одного нейрона с двумя другими, оставив в стороне все прочие его взаимосвязи. Для протокола и для полноты картины: таких нейронов в мозге 87 миллиардов, каждый из них связан тысячами синапсов с тысячами других нейронов.

Теперь представьте себе этот граф… Впрочем, нет. Даже не пытайтесь!

И вот ещё одна важная вещь, которую нам следует отметить, чтобы окончательно утвердить приоритет отечественной науки в вопросе «предиктивного кодирования».

Давайте ещё раз взглянем на схему функциональной системы по Петру Кузьмичу Анохину. Посмотрим опять-таки на её левую часть. Не замечаете здесь две плоскости ввода информации? Их и в самом деле две:

1) извне на организм действует внешняя среда — обстановочная афферентация и пусковой стимул, и с этим вроде бы всё понятно,

2) но есть ещё и второй источник ввода данных, внутренний, — это «память», собственно, она, в самом широком понимании этого слова, и отвечает за предиктивное кодирование.