Karl Friston i zasada wolnej energii

Karl Friston jest neurobiologiem i twórcą zasady wolnej energii, która zdaniem ekspertów może zrewolucjonizować badania nad mózgiem. Przed opracowaniem tej koncepcji teoretycznej Friston zasłynął z techniki analizy wyników obrazowania mózgu i odkrywania różnych aspektów aktywności korowej tego narządu.

Friston jest uważany za najważniejszego badacza mózgu ostatnich 25 lat. W marcu 2010 roku zaskoczył wszystkich, prezentując zasadę wolnej energii podczas Tygodnia Świadomości Mózgu, wydarzenia organizowanego przez Parlament Europejski.

„Neurony to komórki o delikatnych i eleganckich kształtach, tajemnicze motyle duszy, których trzepotanie skrzydeł pewnego dnia wyjaśni tajemnicę życia psychicznego”.

-Santiago Ramon y Cajal-

Uważa się, że zasada wolnej energii umożliwi stworzenie wielkiej zunifikowanej teorii mózgu wyrażonej w prawie matematycznym. W chwili obecnej, chociaż poczyniono znaczne postępy w mapowaniu mózgu, nadal nie jest jasne, w jaki sposób jego części są zintegrowane. Najwyraźniej teoria Fristona zmierza w tym kierunku.

Wnioskowanie bayesowskie

Bayesowska teoria statystyczna jest modelem opartym na prawdopodobieństwie. Postulował ją angielski ksiądz Thomas Bayes w XVIII wieku. Jest to jednak złożona kwestia, której nie będziemy tutaj szczegółowo opisywać. Niemniej jednak zasady bayesowskie są fundamentalną częścią teorii wolnej energii i z tego powodu przedstawimy kilka podstawowych informacji na ich temat.

Istnieje eksperyment, który ilustruje teorię bayesowską. W pomieszczeniu znajduje się kilka urn, z których trzy czwarte jest czerwone, a jedna czwarta niebieska. Czerwone urny zawierają 80 procent czerwonych żetonów i 20 procent niebieskich żetonów. Niebieskie urny zawierają 80 procent niebieskich żetonów i 20 procent czerwonych żetonów.

Uczestnicy tego eksperymentu mają zawiązane oczy, są prowadzeni do urny i proszeni o wyciągnięcie z niej żetonów. Osoba musi wywnioskować, jakiego koloru jest urna, z której bierze żetony. Ogólnie rzecz biorąc, na podstawie tego eksperymentu wywnioskowano, że ludzie wnioskują a priori. Na przykład: „Jest bardziej prawdopodobne, że dostanę czerwoną urnę, ponieważ jest ich więcej”.

To wnioskowanie a priori jest następnie testowane po tym, jak osoba wylosuje żetony. Jeśli wyciągnie więcej niebieskich żetonów niż czerwonych, prawdopodobnie zmieni swój wniosek: „Ponieważ wyciągnąłem więcej niebieskich żetonów, urna jest prawdopodobnie niebieska”. Nazywa się to funkcją wiarygodności. Zasada wolnej energii Fristona głosi, że mózg działa w ten sposób.

Zasada wolnej energii

Profesor Karl Friston z Wellcome Trust Center for Neuroimaging zaproponował swoją teorię wolnej energii w 2010 roku. Ma ona na celu wyjaśnienie, jak działa mózg i opiera się na dwóch podstawowych zasadach. Pierwsza mówi, że mózg nieustannie prognozuje świat. Tak naprawdę nigdy nie przestaje tego robić.

Druga zasada mówi, że mózg stosuje wnioskowanie bayesowskie, aby te przewidywania były spójne. Przewiduje doświadczenia (wnioskowanie a priori), a następnie dostosowuje swoje przewidywania na podstawie tego, co obserwuje i weryfikuje w praktyce. Według Fristona ma to na celu uniknięcie wszelkich niespodzianek, o ile to możliwe.

Nie chodzi o to, że mózg nie lubi niespodzianek, ale stopień, w jakim ich unika, oznacza, że oszczędza energię w działaniu. Nieoczekiwane akcje zmuszają go do cięższej pracy i większego zastosowania. Dlatego „przewidywanie” tego, co się wydarzy lub nie wydarzy, pozwala nam wykorzystać to, czego się nauczyliśmy i uniknąć wydawania większej ilości energii niż to konieczne.

Eksperyment

Naukowcy z wydziału psychologii Uniwersytetu w Glasgow (Szkocja) oraz Instytutu Badań nad Mózgiem im. Maxa Plancka we Frankfurcie w Niemczech przeprowadzili eksperyment, który wydaje się potwierdzać zasadę wolnej energii. Zaczęli od pomysłu, że mózg skutecznie „przewiduje” oszczędzanie energii.

Mówiąc prościej, kiedy podchodzisz do swojego biurka, masz już w głowie jego obraz. Nie musisz patrzeć na każdy przedmiot, żeby wiedzieć, że tam jest. Prawie nie patrząc przed siebie, wyciągasz rękę i bierzesz długopis, który zawsze zostawiasz w jednej z szuflad. Twoja uwaga aktywuje się tylko wtedy, gdy na biurku pojawi się coś nowego lub coś będzie nie na miejscu.

Do przetestowania tego pomysłu naukowcy wykorzystali 12 ochotników. Każdy z nich został poproszony o wpatrywanie się w ekran komputera, na którym znajdował się dany obraz. Ochotnicy byli jednocześnie monitorowani przez skaner. Pod obrazem i nad nim pojawiły się i znikały dwa ruchome punkty. Następnie naukowcy wprowadzili kolejną kropkę, która losowo przewijała się po ekranie.

Naukowcy odkryli, że aktywność mózgu jest niższa, gdy istnieją przewidywalne elementy, w tym przypadku nieruchomy obraz oraz dwa punkty powyżej i poniżej. Z drugiej strony aktywuje się, gdy pojawi się nieprzewidywalny bodziec, w tym przypadku losowy punkt. To udowodniłoby podstawowe założenia obiecującej zasady darmowej energii.