Принцип свободной энергии
Готовы ли вы узнать, что такое жизнь?
Подсказка: она питается неожиданной неопределенностью.
Без шуток!
Эрвин Шредингер, лауреат Нобелевской премии за свою работу в области квантовой физики и известный автор эксперимента «Шредингер-кошка», написал свою книгу "Что такое жизнь?" в 1944 году.
В нем он представил идею о том, что жизнь избегает быстрого распада в инертном состоянии равновесия (распад до максимальной энтропии или смерти другими словами), потому что она «питается отрицательной энтропией».
Что питает организм, это отрицательная энтропия. Как ни парадоксально, существенная вещь в обмене веществ заключается в том, что организму удается освободиться от всей энтропии, которую он не может продлить пока жив.
За последнее десятилетие многие группы исследователей обнаружили, что активность человеческого мозга может быть не только смоделирована по байесовскими статистическими алгоритмами, но и фактически выполняет вычисления в соответствии с байесовской моделью идеального наблюдателя:
Слуховая система, поддерживаемая сетью слуховых корковых, гиппокампальных и лобных источников, постоянно эффективно сканирует окружающую среду. Представляя сложную статистику стимулов и быстро реагирует на возникновение регулярных шаблонов, даже если они не имеют поведенческой значимости.
Активность нейронов коррелировала с предсказуемостью текущего слухового входа как с точки зрения детерминированной структуры, так и энтропии случайных последовательностей, обеспечивая четкие нейрофизиологические данные о способности мозга автоматически кодировать статистику высокого порядка в сенсорном введении.
Человек обладает чувством уверенности, которое позволяет оценивать достоверность своих знаний и использовать эту информацию для достижения баланса между предшествующими знаниями и текущими доказательствами.
Нейронная реализация байесовского обучения требует отдельного кодирования трех уровней неопределенности: ожидаемая неопределенность (риск), неопределенность оценки (достоверность), непредвиденная неопределенность (ошибка прогноза, неожиданность).
Активация комплекса амигдала-гиппокампа на новые изображения в контексте обучения может быть враженна неожиданной неопределенность. Нейронные корреляции с байесовской скоростью обучения были идентифицированы в предконечной и передней коре головного мозга. Представления о неожиданной неопределенности были обнаружены во множественных областях коры головного мозга, а также в норадренергическом ядре мозга локуса coeruleus.
Карл Фристон, британский невролог и авторитет в области картографирования мозга, пошел дальше, представив принцип свободной энергии как кандидата в единую теорию мозга.
Принцип свободной энергии - это простой постулат со сложными последствиями. В нем говорится, что любые адаптивные изменения в мозге сводят к минимуму свободную энергию.
Эта минимизация может быть в течение эволюционного времени (во время естественного отбора) или миллисекунд (во время перцепционного синтеза). Фактически, этот принцип применяется к любой биологической системе, которая сопротивляется энтропии; от одноклеточных организмов до социальных сетей.
Свободная энергия создает неожиданную неопределенность, ошибку предсказания или неожиданность поддающейся количественной оценке, независимо от того как вы ее называете.
Мозг живет, сводя к минимуму свободную энергию. Таким образом, он питается непредвиденной неопределенностью.
Проще говоря, свободная энергия - это всего лишь количество ошибок предсказания. Мотивация принципа свободной энергии основана на том, что самоорганизация биологических агентов сопротивляется тенденции разрушающих порядок и следовательно минимизирует энтропию их сенсорных состояний.
Поскольку энтропия является средним показателем неожиданности, агенты должны избегать неожиданных состояний. Но есть проблема; агенты не могут напрямую оценивать сюрприз; это требует знания всех скрытых состояний мира. Однако агент может избежать неожиданных взаимодействий с миром, если он сводит к минимуму его свободную энергию, потому что свободной энергии всегда больше, чем неожиданностей.
Биологические агенты должны участвовать в какой-то форме байесовского восприятия, чтобы избежать неожиданных обменов с миром.
Мы избегаем смерти, питаясь неожиданностью.
Удивлены?
/Источник/