7.40 Friston: Active Inference a free energy principle🔗

Britský neurovědec Karl Friston, známý také jako autor metody statistického parametrického mapování pro analýzu zobrazovacích dat mozku, formuloval od poloviny 2000. let princip volné energie (free energy principle) a na něm založenou teorii aktivní inference (active inference). Základní stať vyšla s Jamesem Kilnerem a Lee Harrisonem (Friston a kol., 2006), přehledová stať pod názvem „The free-energy principle: a unified brain theory?“ (Friston, 2010) a souhrnná učebnice s Thomasem Parrem a Giovannim Pezzulem (Parr a kol., 2022). Kapitola vykládá rámec z těchto textů, shrnuje kritiky a odděleně uvádí, jak jej kompendium EA užívá; toto užití je interpretací knihy.

Princip volné energie🔗

Výchozí otázka zní, jak může živý systém přetrvávat v proměnlivém prostředí, tedy udržovat se v omezeném souboru stavů, které jsou s jeho existencí slučitelné. Friston odpovídá, že takový systém musí v průměru minimalizovat překvapení (surprisal), tedy nepravděpodobnost svých smyslových vstupů vzhledem k modelu světa, který ztělesňuje (Friston, 2010). Překvapení samo systém spočítat nemůže, ale může minimalizovat jeho horní mez, variační volnou energii, což je veličina převzatá ze statistické fyziky a strojového učení.

Minimalizace volné energie je formálně ekvivalentní přibližné bayesovské inferenci: systém má generativní model, který předpovídá smyslové vstupy z odhadovaných příčin, a průběžně jej upravuje tak, aby předpovědi odpovídaly datům (Friston a kol., 2006). Rámec tak navazuje na starší myšlenku vnímání jako nevědomého usuzování a na hierarchické prediktivní kódování, v němž vyšší úrovně mozkové kůry předpovídají činnost nižších a nižší úrovně posílají vzhůru jen chybu předpovědi (Rao a Ballard, 1999).

Přesnost a chyba předpovědi🔗

Klíčovým pojmem rámce je přesnost (precision), tedy odhadovaná spolehlivost signálu. Mozek podle modelu nepřikládá všem chybám předpovědi stejnou váhu, ale váží je podle toho, jak spolehlivé je považuje (Friston, 2010). Chyba s vysokou přesností vede k úpravě modelu, chyba s nízkou přesností je přehlížena. Pozornost se v tomto rámci vykládá právě jako optimalizace přesnosti. Andy Clark ve vlivném přehledu ukázal, jak tento princip propojuje vnímání, pozornost a jednání do jednoho obrazu „prediktivního mozku“ (Clark, 2013), a Jakob Hohwy jej rozpracoval jako obecnou teorii mysli (Hohwy, 2013).

Aktivní inference🔗

Chybu předpovědi lze snížit dvěma způsoby: změnou modelu, aby lépe odpovídal světu, nebo změnou světa, aby lépe odpovídal modelu. Druhou cestou je jednání, a teorie aktivní inference proto chápe pohyb a volbu jako součást téhož procesu jako vnímání (Friston a kol., 2017). Organismus jedná tak, aby získával vstupy, které jeho model předpovídá, včetně vstupů odpovídajících jeho preferovaným stavům.

Proti tomu se nabízí námitka „temné místnosti“: pokud organismus minimalizuje překvapení, proč nevyhledá tmavou, tichou místnost a nezůstane v ní? Friston, Christopher Thornton a Andy Clark odpovídají, že organismus minimalizuje překvapení vzhledem ke svému modelu, a model živého tvora předpovídá, že bude hledat potravu, společnost a informace; temná místnost by byla překvapivá (Friston a kol., 2012). V pozdějších formulacích teorie zahrnuje očekávaná volná energie i epistemickou hodnotu, tedy zisk informací, takže zvídavost a průzkum jsou součástí modelu, nikoli jeho výjimkou (Friston a kol., 2017).

Markovova pokrývka🔗

K vymezení systému proti prostředí Friston užívá pojem Markovovy pokrývky (Markov blanket), převzatý ze statistiky: souboru stavů, které oddělují vnitřní stavy systému od vnějších tak, že vnitřní a vnější stavy jsou na sobě podmíněně nezávislé (Friston, 2013). Smyslové stavy zprostředkují vliv prostředí dovnitř, aktivní stavy vliv systému navenek. Friston tvrdí, že každý systém s Markovovou pokrývkou, který přetrvává, se bude chovat, jako by minimalizoval volnou energii, a odtud plyne ambice rámce vysvětlit nejen mozek, ale život vůbec.

Prediktivní výklad psychózy🔗

Rámec se uplatnil v počítačové psychiatrii. Rick Adams a spolupracovníci, mezi nimi Friston, navrhli, že některé příznaky psychózy lze vykládat jako narušení přesnosti, s níž mozek váží předpovědi a smyslové důkazy (Adams a kol., 2013). Paul Fletcher a Chris Frith předtím ukázali, jak bayesovský rámec může vysvětlit souvislost bludů a halucinací: nepřesně vážená chyba předpovědi vyžaduje vysvětlení a vysvětlení zpětně ovlivňuje vnímání (Fletcher a Frith, 2009). Na tyto práce navazuje starší hypotéza Shitije Kapura o aberantní salienci, podle níž psychóza začíná tím, že běžné podněty začnou působit nepatřičně významně (Kapur, 2003). Přehled Philippa Sterzera a kolegů upozorňuje, že empirická data jsou smíšená a že různé příznaky mohou odpovídat různým poruchám přesnosti (Sterzer a kol., 2018).

Hlavní kritiky🔗

Nejčastější námitka se týká statusu principu. Friston sám jej popisuje jako princip podobný variačním principům fyziky, který neplatí empiricky, ale matematicky; kritici z toho vyvozují, že princip sám nelze vyvrátit a empiricky testovatelné jsou jen konkrétní modely, které se z něj odvozují (Colombo a Wright, 2021). Jelle Bruineberg a spolupracovníci ukázali, že pojem Markovovy pokrývky se v literatuře užívá ve dvou odlišných smyslech: jako nástroj statistického modelování a jako tvrzení o skutečné hranici organismu, a že přechod mezi nimi není zdůvodněn (Bruineberg a kol., 2022).

Další námitky se týkají srozumitelnosti a rozsahu. Matematický aparát je náročný, terminologie se v čase měnila a ambice vysvětlit „vše živé“ vyvolává obavu, že teorie vysvětluje příliš mnoho, a tedy málo (Colombo a Wright, 2021). Andy Clark, sám zastánce prediktivního přístupu, upozorňuje, že prediktivní zpracování jako empirická teorie mozku a princip volné energie jako obecný princip života jsou dvě různá tvrzení s různou mírou opory (Clark, 2016).

Interpretace pro rámec EA🔗

Následující čtení je interpretací knihy a není součástí Fristonovy teorie. Kniha přebírá z rámce pojem přesnosti a s jeho pomocí popisuje rozpoznatelnou strukturu některých vzorců z taxonomie. Pojmy predictive processing a přesnost poskytují jazyk pro to, co klinická literatura o donucující kontrole popisuje fenomenologicky: postižený člověk postupně přestává důvěřovat vlastnímu vnímání a paměti a přikládá větší váhu výkladu druhé osoby (srov. Stark, 2007).

V tomto čtení působí gaslighting na váhu, kterou člověk přikládá vlastním smyslovým důkazům a vzpomínkám, a uzavřené skupiny upevňují předpoklady tak silné, že protichůdná zkušenost je vysvětlena jako potvrzení (srov. Fletcher a Frith, 2009). Sociální izolace podle téhož čtení odebírá zdroje, které by mohly předpovědi korigovat. Kniha zdůrazňuje, že jde o analogii pomocí pojmového rámce, nikoli o neurovědecké zjištění o lidech, kteří manipulaci zažili.

Rozpoznání, odlišení a obrana🔗

Rozpoznávacím znakem v tomto rámci je asymetrie důvěry: člověk soustavně dává přednost výkladu jedné osoby nebo skupiny před vlastním vnímáním a před výpověďmi jiných, a každá nesrovnalost je vysvětlena tak, že výklad posílí (Stark, 2007). Tento vzorec je třeba odlišit od psychózy, která má vlastní klinický obraz a vyžaduje psychiatrické posouzení; prediktivní modely psychózy nejsou diagnostickým nástrojem a kniha je jako takové neužívá (Sterzer a kol., 2018).

Obrana, kterou kniha odvozuje, odpovídá epistemické hodnotě, kterou do modelu zabudovali sami autoři teorie: obnovit přísun nezávislé zkušenosti a informací, které mohou předpovědi korigovat (Friston a kol., 2017). Prakticky to znamená vést si vlastní záznamy událostí, ověřovat si vnímání u osob mimo vztah nebo skupinu a postupně obnovovat důvěru ve vlastní smysly v bezpečném prostředí. Kontext klinické práce rozebírá sekce klinických aplikací a zásady zotavení po traumatu shrnuje Judith Hermanová (Herman, 1992).

Meze a otevřené otázky🔗

Princip volné energie je ambiciózní a sporný rámec a kniha na něm nestaví žádné empirické tvrzení o konkrétních lidech (Bruineberg a kol., 2022). Otevřená zůstává otázka, zda pojem přesnosti přidává k fenomenologickému popisu manipulace něco víc než přesnější slovník, a zda by se dal empiricky ověřit, například ve výzkumu, jak se po odchodu z kontrolujícího vztahu obnovuje důvěra ve vlastní vnímání (srov. Clark, 2016). Otevřená je i etická otázka: výpočetní modely mysli mohou sloužit porozumění i cílenému ovlivňování, a jejich užití proto vyžaduje stejný obranný rámec jako zbytek knihy (srov. Parr a kol., 2022).

Literatura🔗

• Adams, R. A., Stephan, K. E., Brown, H. R., Frith, C. D., & Friston, K. J. (2013). The computational anatomy of psychosis. Frontiers in Psychiatry, 4.
• Bruineberg, J., Dołęga, K., Dewhurst, J., & Baltieri, M. (2022). The Emperor's new Markov blankets. Behavioral and Brain Sciences, 45.
• Clark, A. (2013). Whatever next? Predictive brains, situated agents, and the future of cognitive science. Behavioral and Brain Sciences, 36.
• Clark, A. (2016). Surfing Uncertainty: Prediction, Action, and the Embodied Mind. Oxford University Press.
• Colombo, M., & Wright, C. (2021). First principles in the life sciences: The free-energy principle, organicism, and mechanism. Synthese, 198.
• Fletcher, P. C., & Frith, C. D. (2009). Perceiving is believing: A Bayesian approach to explaining the positive symptoms of schizophrenia. Nature Reviews Neuroscience, 10.
• Friston, K. (2010). The free-energy principle: A unified brain theory? Nature Reviews Neuroscience, 11.
• Friston, K. (2013). Life as we know it. Journal of the Royal Society Interface, 10.
• Friston, K., Kilner, J., & Harrison, L. (2006). A free energy principle for the brain. Journal of Physiology – Paris, 100.
• Friston, K., Thornton, C., & Clark, A. (2012). Free-energy minimization and the dark-room problem. Frontiers in Psychology, 3.
• Friston, K., FitzGerald, T., Rigoli, F., Schwartenbeck, P., & Pezzulo, G. (2017). Active inference: A process theory. Neural Computation, 29.
• Herman, J. L. (1992). Trauma and Recovery. Basic Books.
• Hohwy, J. (2013). The Predictive Mind. Oxford University Press.
• Kapur, S. (2003). Psychosis as a state of aberrant salience. American Journal of Psychiatry, 160.
• Parr, T., Pezzulo, G., & Friston, K. J. (2022). Active Inference: The Free Energy Principle in Mind, Brain, and Behavior. MIT Press.
• Rao, R. P. N., & Ballard, D. H. (1999). Predictive coding in the visual cortex. Nature Neuroscience, 2.
• Stark, E. (2007). Coercive Control: How Men Entrap Women in Personal Life. Oxford University Press.
• Sterzer, P., Adams, R. A., Fletcher, P., Frith, C., a kol. (2018). The predictive coding account of psychosis. Biological Psychiatry, 84.

Související🔗

Teoretické reflexe

• 7.5 Kognitivní vědy a EA – prediktivní zpracování v širším kontextu.
• 7.41 Clark: Rozšířená mysl – Clarkův filozofický rámec prediktivní mysli.
• 7.44 Varela: Enaktivismus – alternativní pojetí organismu a prostředí.
• 7.39 Tononi: IIT – jiná ambiciózní teorie vědomí a její kritiky.

Techniky a klinika

• EA-7.3.3 Friston: Aktivní inference – technická stránka rámce.
• EA-4.1 Gaslighting – vzorec, který kniha čte jako zásah do důvěry ve vnímání.
• Sekce 06 – Klinické aplikace – odlišení od psychózy a klinický rámec.

Pojmy

• Predictive processing – prediktivní zpracování jako obecný rámec.
• Reality testing – ověřování reality jako klinická funkce.
• Coercive control – klinický popis ztráty důvěry ve vlastní vnímání.