Преодоление неопределенности
В продолжение тем:
Принцип свободной энергии.
Смена парадигмы рациональности для принятия решений.
Фундаментальным физическим принципом в основе теории Karl Friston стал Принцип свободной энергии (Free-Energy Principle) - интерпретация Принципа наименьшего действия Гамильтона (одно из ключевых положений современной физики, распространяющееся на все фундаментальные взаимодействия) для описания работы мозга.
В соответствии с Принципом свободной энергии, работа мозга организована таким образом, чтобы его энтропия (свободная энергия) была минимальной.
В трактовке Karl Friston, минимизация свободной энергии мозга эквивалентна минимизации ошибок его прогнозов.
Karl Friston утверждает, что свободная энергия в мозге характеризуется состоянием его нейронных ансамблей, и является результатом неспособности мозга сделать правильный прогноз.
Решая задачу оптимизации предсказаний, мозг делает все возможное, чтобы избежать свободной энергии - ошибок предсказаний. Эти ошибки, являющиеся для прогнозирующего мозга неожиданностями (сюрпризами) сенсорных наблюдений, есть ни что иное, как сознание. Когда окружающая действительность работает не так, как ожидалось, в мозге образуется сознание - состояние, которое, как и свободную энергию, мозг пытается ограничить (чем меньше неожиданность, тем меньше энтропия).
Описанный процесс применения принципа свободной энергии к действию разумного агента (обладателя мозга) назван Активным выводом (Active Inference). На нейронном уровне этот процесс является расширением Байесовского вывода (Bayesian Inference) - вероятностного вывода, основанного на теореме Байеса в котором свидетельство и/или наблюдение используются, чтобы обновить или вновь вывести вероятность того, что гипотеза может быть верной.
Всё это делается мозгом с единственной целью - всемерное избегание неожиданностей биологическим агентом для того, чтобы его состояния находились в физиологических границах гомеостазиса, обеспечивающих продолжение его жизни и воспроизводства.
Универсальным математическим понятием в основе теории Karl Fristonлежит марковское одеяло (Markov Blanket) - понятие, применяемое в различных областях знаний. В теоретической биологии марковское одеяло является фундаментальным основанием описания самоорганизации и адаптивного поведения в рамках действия принципа свободной энергии.
С математической точки зрения, марковское одеяло определяет статистическую границу, которая делает один набор переменных условно независимым от другого.
Важно отметить, что если мы знаем все о марковском одеяле переменной, знание о чем-либо вне одеяла становится неинформативным по отношению к тому, что находится внутри одеяла, и наоборот.
Например, если мы знаем состояние поверхности объекта, внешний мир не предоставляет полезной информации о его внутренности. Если бы мы знали все о настоящем, прошлое ничего не добавило бы к нашим предсказаниям о будущем.
Применительно к живому существу, можно сказать что марковское одеяло - это математическое определение границы его состояний, обеспечивающих его выживание.
Но это вовсе не обязательно некая пространственная мембрана или оболочка. Это всего лишь набор состояний, в котором внешние состояния отделены от внутренних (например, сенсорные сигналы и нейромускулярные действия).
Для живого организма динамика смены его внутренних состояний должна быть такова, чтобы оптимизировать две противоположные цели:
• Отражение внешних состояний мира за пределами марковского одеяла;
Цель необходима живому организму, чтоб знать, что происходит в окружающем его мире, дабы предпринимать правильные действия, позволяющие выжить.
• Сведение к минимуму собственной свободной энергии (энтропии).
Цель обеспечивает предотвращение потери организмом внутренней структурной и динамической целостности из-за второго закона термодинамики.
Принцип свободной энергии и его связь с другими концепциями.
Ключевые следствия теории мозга Karl Friston, можно сформулировать так:
✔️ Принцип свободной энергии есть не что иное, как фундаментальный принцип функционирования любых живых агентов.
✔️ Активный вывод - это способ реализации живым агентом Принципа свободной энергии, в результате чего у живого агента возникает поведение, приводящее к формированию и развитию интеллекта.
✔️ На основе активного вывода у живого агента формируются и изменяются иерархические механизмы обучения и понимания мира (извлечения смыслов и причинно-следственных связей) мозгом.
Эти следствия и организуют работу мозга любого живого агента. Принципиально важным в реализации всей этой машинерии мозгом является вот что.
В ходе активного вывода, мозг решает оптимизационные задачи нахождения простейших минимально достаточных по точности моделей. Этот процесс проходит с «тактовой частотой» около 100 мс. Причем мозг в ходе этого процесса постоянно испытывает массу неопределенностей из-за нехватки данных. А поскольку в условиях неопределенности, не получить информацию вовремя равносильно получению неверной информации, мозгу нужно как-то выкручиваться, если к следующему «такту» у него все еще нет нужной информации.
Мозгу необходимо предоставлять точные решения при наличии любых данных на входе, одновременно с этим минимизируя сложность моделей, дабы успеть обобщить следующую волну новой информации на входе.
Для решения этой задачи наипростейшего получения максимально возможного по точности прогноза, Karl Friston был разработан метод Динамического причинного моделирования (Dynamic causal modelling - DCM).
Этот метод моделирования взаимосвязанных динамических систем основан на применении Байесовских процедур, в результате которых наблюдаемые данные генерируются ненаблюдаемыми (латентными или скрытыми) причинами. Такую модель Karl Friston использовал для описания реакций нейронных ансамблей в зрительной коре головного мозга в ответ на различные возмущения.
/Источник №1//Источник №2//Источник №3/
Картинки кликабельны