Spectrum: Теория предсказательного кодирования

Теория предсказательного кодирования утверждает, что наш опыт познания мира приходит изнутри. Мозг генерирует модель мира, которая предсказывает, что мы увидим и услышим, что почувствуем посредством осязания и обоняния, какой вкус ощутим. Работа органов чувств заключается в проверке этих предсказаний с целью убедиться, что наша внутренняя модель не уходит далеко от реальности.

Данная теория также называется теорией прогностической обработки или "байесовским мозгом" — отсылка к её математической основе.

Сторонники теории применяют её не только к восприятию, но и к эмоциям, познанию и управлению двигательными процессами. Итак, мы двигаем рукой, поскольку предсказываем, что будем двигать ей, и тело осуществляет наше предсказание.

Теория прогностического кодирования предполагает, что мозг аутичного человека не формирует достаточно точных предсказаний, или же сенсорный вход игнорирует внутренние прогностические модели. В результате аутичный человек чрезмерно чувствителен к внешнему входу и не способен его отрегулировать. Аутичным людям трудно обрабатывать социальные сигналы и коммуникацию в текущем времени, чтобы генерировать соответствующую реакцию, поскольку их внутренние модели поведения людей сформированы не очень корректно.

Таким образом, прогностическое кодирование может объяснить социальные, сенсорные и иные трудности при аутизме.

Здесь мы даём характеристику этой теории и приводим данные, подтверждающие её.

Как данная теория применима к аутизму?

Прогностическое кодирование определяет аутизм как отличия в кривой обучения мозга, где термин "обучение" охватывает всё — от понимания сложной визуальной сцены до зубрёжки к тесту по истории.

Согласно этой теории, параметр, известный как "точность", определяет вес, который мозг придаёт расхождениям между сенсорным входом и нашими ожиданиями. Когда мы узнаём что-то новое, мозг увеличивает требуемую точность и использует входящую информацию для формирования модели. Когда мозг решает, что модель завершена, он снижает точность, предполагая, что любые дальнейшие расхождения являются случайными вариациями, которые можно благополучно игнорировать.

Моделирование является иерархическим. Например, в зрительной системе оно начинается с геометрических деталей и строится вплоть до глобальных объектов и абстракций.

Биологически мозг регулирует параметр точности путём изменения пропорций химических "посыльных", таких как глутамат, дофамин и норадреналин. Субъективно мы испытываем удивление, затем удовлетворение от освоения и, наконец, скуку.

При аутизме, как гласит идея данной теории, мозг осуществляет перекалибровку точности более медленно. Он остаётся настроенным на детали, ему труднее обобщать. Эта теория могла бы объяснить, почему аутичные люди часто описывают ощущение перевозбуждения и перманентного удивления, почему они предпочитают рутину и почему могут иметь проблемы с пониманием других людей.

Какова экспериментальная поддержка данной теории?

Как в повседневной жизни, так и в лабораторных экспериментах аутичные люди медленно отфильтровывают фоновый шум и быстро улавливают изменения в окружающей среде. Выглядит так, будто они менее связаны предыдущими ожиданиями. Измерения реакций мозга и кожи на сенсорную информацию показывают, что они с трудом привыкают к метрономам или другим повторяющимся стимулам. Они также менее восприимчивы к оптическим и мультисенсорным иллюзиям, которые играют на ожиданиях.

Для изучения того, как аутичный мозг интерпретирует изменяющиеся паттерны, в одном из экспериментов использовалась обучающая задача. Исследователи воспроизводили высокий или низкий звуковой сигнал, демонстрировали изображение лица или дома и просили участников нажать кнопку "лицо" или "дом". Сначала высокий тон предвещал дом, но затем его начал предвещать низкий тон. Корреляции никогда не оказывались полными — просто звук той или иной высоты предполагал более высокие шансы — и поэтому не было понятно, являлся ли разрыв в шаблоне исключением или же новым правилом.

Аутичные люди медленнее справляются с задачей в целом, однако быстрее замечают изменение паттерна. Это предполагает, что они ожидают изменения — в противовес привязыванию к паттерну — больше, чем обычные люди.

Неясно, состоит ли их предсказательная трудность в формировании ожиданий или же в ощущениях, которые подавляют эти ожидания. Результаты экспериментов, похоже, благоприятствуют второму варианту [1].

Значит, дело сделано?

Ни в коем случае. В некоторых исследованиях аутичные люди справляются с задачами предсказания — привыканием к повторяющимся стимулам, реагированием на некоторые виды иллюзий и распознаванием паттернов, изменяющихся с течением времени — так же легко, как нейротипичные люди. Более того, неясно направление причинно-следственной связи: возможно, проблемы с предсказанием затрудняют социальное познание, но может оказаться и так, что социальные трудности влияют на развитие внутренних моделей человека.

Как предсказательное кодирование связано с другими теориями аутизма?

Теория прогностического кодирования перекрывается с другими гипотезами об аутизме. Как и некоторые из них, она предполагает, что мозг аутичных людей слишком фокусируется на деталях и медленнее уменьшает масштаб, чтобы увидеть общую картину. Также она считает, что трудности, которые испытывает аутичный мозг при угадывании намерений других людей, являются примером трудностей с предсказаниями в целом; эта идея согласуется с предположением о том, что аутичные люди имеют проблемы с "моделью психического" (theory of mind).

Может ли теория предсказательного кодирования способствовать пониманию иных расстройств?

Прогностическое кодирование способно помочь понять связь между аутизмом и другими состояниями, в первую очередь шизофренией. Если при аутизме мозг придаёт слишком большой вес сенсорной информации, то при шизофрении мозг может придавать ей слишком мало значения, при этом придавая слишком большой вес внутренним ожиданиям и ослабляя связь с внешней реальностью. Этот перекос способен объяснить галлюцинации при шизофрении.

Однако в других отношениях аутизм и шизофрения похожи. При обоих этих состояниях могут возникать заблуждения, которые являются ложными убеждениями в противоположность ложному восприятиям. Прогностическое кодирование предполагает, что заблуждения могут возникать, когда ожидания слишком слабы и мозг выполняет избыточную коррекцию, заставляя человека делать грандиозные выводы из скудных данных.

Аутичные люди также могут быть в большей степени подвержены болезни Паркинсона. У людей с данным состоянием проблемы регулировки "точности" заставляют мозг раньше времени считать, будто физическое движение завершено. Это приводит к моторной ригидности.

Что означает на практике модель прогностического кодирования?

Если аутичный мозг манипулирует сенсорным входом и предположениями каким-то особым образом, люди с данным расстройством могут научиться это компенсировать. Например, тренировка способна помочь им научиться переключать внимание с низкоуровневых деталей на более высокоуровневые.

Ссылки:

1. Karvelis P. et al. Elife e34115 (2018) PubMed

Представленный выше материал — перевод текста "The predictive coding theory of autism, explained".