Оксфордский нейробиолог Томас Парр, близкий соавтор одного из самых цитируемых учёных современности Карла Фристона, утверждает, что привычное представление о восприятии как о пассивном отражении реальности ошибочно. Согласно принципу свободной энергии, восприятие и действие представляют собой единый процесс. Оба работают на сокращение разрыва между предсказаниями и реальностью — либо через обновление убеждений, либо через изменение окружающего мира. Любопытство, по мнению Парра, является фундаментальным двигателем поведения наравне с вознаграждением: человек действует не только для достижения желаемого, но и для лучшего понимания мира.
Читая этот текст, вы участвуете в активном логическом выводе. Каждое движение глаз выбирает сенсорные данные, которые наилучшим образом снижают неопределённость относительно следующего слова. Эти зрительные впечатления синтезируются с внутренней моделью мира, хранящейся в мозге, формируя буквы, слова, предложения и в конечном счёте смысл. Если вы слышите звук и поворачиваете голову, чтобы определить его источник, вы совершаете действие, которое предоставляет внутренней модели информацию для обновления восприятия. Восприятие и действие — это неразрывные части одного процесса.
Наглядный пример — эффект исчезновения Трокслера. Если зафиксировать взгляд на кресте в центре изображения и стараться не двигать глазами, цвета на периферии начнут исчезать. Стоит разрешить глазам свободно двигаться — цвета возвращаются. Это демонстрирует, что мир предстаёт перед нами в своём виде благодаря тому, как мы выбираем его изучать. В свою очередь, выбор способа изучения мира зависит от того, как мы его воспринимаем. Эта взаимосвязь между действием и восприятием и есть активный логический вывод.
Активный логический вывод практически синонимичен принципу свободной энергии — теоретической концепции, разработанной нейробиологом Карлом Фристоном для объяснения работы мозга. Принцип берёт начало в работах немецкого учёного Германа фон Гельмгольца, опирается на достижения физиков XX века Ричарда Фейнмана и Николая Боголюбова и использует математический аппарат, применявшийся пионерами современного искусственного интеллекта. По своему охвату в биологии этот принцип сравнивают с теорией эволюции Дарвина.
Принцип свободной энергии вызывает одновременно энтузиазм и скепсис. Сторонники указывают на его объединяющую силу, позволяющую решать различные задачи на едином языке. Критики утверждают, что принцип невозможно опровергнуть экспериментально, а значит, в научном смысле он бесполезен.
В своей основе принцип свободной энергии прост. Он предполагает, что работу мозга и других живых систем можно понять через стремление минимизировать свободную энергию. Это понятие, пришедшее из физики, в биологическом контексте означает меру того, насколько неожиданным было бы для конкретного существа столкнуться с определёнными ощущениями. Для рыбы оказаться полностью погружённой в воду — не удивительно, для жирафа — крайне странно. Удивление зависит от отношений между существом и его миром.
Другая интерпретация свободной энергии — это мера того, насколько плохо внутренняя модель мира, которую хранит мозг, объясняет или предсказывает наши ощущения. Этот подход позволяет рассматривать свободную энергию как меру ошибки предсказания. Насколько мир отклоняется от наших прогнозов? Это сразу указывает способ снижения ошибки.
Если мир не соответствует ожиданиям, возможны два пути: изменить ожидания — убеждения о том, как устроен мир, — или изменить сам мир. Первое называется восприятием, второе — действием. Оба служат одной цели: подавлению ошибок предсказания. В этом сила и простота активного логического вывода: всё, что делает живая система, можно понять через единый императив — минимизировать свободную энергию в отношениях с миром.
Почему же принцип считается сложным? Отчасти из-за переворота в когнитивной науке. Аналогия — обобщение уравнений движения Ньютона работами Гамильтона. Вместо записи уравнений, описывающих движение планеты под действием силы тяжести, можно понять движение планет через более глубокие симметрии. Вместо вопроса, каким уравнениям подчиняется система, мы исходим из сохранения энергии и выясняем, какая динамика должна действовать для этого сохранения. Принцип свободной энергии делает нечто подобное для систем, одновременно связанных с окружающей средой и отделённых от неё.
Взяв перспективу мозга, исследователь переворачивает устоявшийся подход, при котором сложные образы собирались из простых элементов. Прежде считалось, что нейроны первичной зрительной коры чувствительны к ориентации коротких отрезков линий, вторичные зоны собирают их в длинные линии и формы. Принцип свободной энергии переворачивает этот подход: он начинается с понимания задачи — структуры модели, порождающей ощущения, — и ищет решение, которое возникает из неё. Зрительное восприятие переформулируется как задача объяснения причин паттернов активности на сетчатке. Связи вдоль зрительного пути становятся понятными через обмен предсказаниями и ошибками между причинами разных пространственных масштабов. Это объясняет двунаправленность связей в зрительной коре.
Возражения о невозможности экспериментальной проверки принципа следует воспринимать всерьёз — они справедливы. Однако они основаны на логической ошибке. Нет эксперимента, который мог бы опровергнуть принцип естественного отбора. Так же невозможно опровергнуть принцип наименьшего действия Гамильтона. Оба являются тавтологиями. Естественный отбор — это круговое определение. Принцип наименьшего действия просто утверждает, что наиболее вероятный путь — тот, который наименее неправдоподобен. Это не недостаток. Принцип становится рабочей теорией только при добавлении дополнительных элементов: формы воспроизводства, условий среды, потенциальной функции.
Принцип свободной энергии действует так же. Сам по себе он ничего не делает. Но если уточнить форму модели, порождающей ощущения, он позволяет делать широкие предсказания — от поведения и восприятия до нейроанатомии и электрофизиологии. Это не ответ, а способ постановки вопросов, на которые могут ответить эмпирические данные. Для врача это особенно ценно: вместо вопроса «почему поведение пациента кажется неадаптивным?» можно спросить «во что я должен верить, чтобы это поведение было оптимальным?»
Для более полного понимания принципа необходимо учитывать ещё один элемент: внутренние модели должны учитывать влияние самого организма на мир и положение в нём. Это особенно важно при планировании будущих действий. Активный логический вывод рассматривает планирование как моделирование будущего «я». Правдоподобие альтернативных вариантов будущего становится элементом внутренней модели.
Что делает один вариант будущего более правдоподобным и управляет поведением? Простой ответ: мы ожидаем, что будем вести себя так, чтобы приблизиться к цели. Это лежит в основе обучения с подкреплением. Однако это лишь часть картины. Любопытство является внутренним мотивирующим фактором. Моделируя своё будущее, мы можем учитывать, как изменятся наши убеждения. Некоторые варианты будущего сделают нас более уверенными в своих знаниях о мире. Активный логический вывод объединяет эти императивы — внешнее стремление к желаемому и внутреннее стремление улучшить модель мира, — придавая им равный вес. Он выходит за рамки поведения, управляемого вознаграждением, рассматривая информацию как самостоятельную ценность. Возможно, этим объясняется недавнее расширение активного логического вывода в область искусственного интеллекта.
Восприятие зависит от действия, действие — от восприятия. С каждым прочитанным словом мозг выбирает между будущими версиями себя — теми, которые знают следующее слово, и теми, которые не знают (предпочитая первые). Ошибки, вызванные разницей между настоящим и предсказанным будущим, разрешаются через изменение мира — движение глаз для чтения следующего слова. Тем самым снижается неопределённость, улучшается модель мира, и мозг готовится выбрать следующее будущее «я».
