Принцип свободной энергии для мозга

Если изложить идеи Гельмгольца о восприятии в терминах современных теорий, можно построить модель перцептивного вывода и обучения, объясняющую широкий спектр нейробиологических фактов. С помощью понятий статистической физики задачи определения причин сенсорных сигналов и обучения причинной структуре их возникновения решаются на основе одних и тех же принципов. При этом вывод и обучение могут протекать биологически правдоподобным образом. В основе этой модели лежат эмпирический байесовский подход и иерархические модели генерации сенсорных сигналов. Иерархические модели позволяют мозгу динамически формировать априорные ожидания с учётом контекста. Такой подход даёт теоретически обоснованное объяснение многих аспектов организации коры и её реакций. В этой статье мы показываем, что перцептивные процессы — лишь один из типов эмерджентного поведения систем, подчиняющихся принципу свободной энергии. Рассматриваемая здесь свободная энергия характеризует различие между распределением вероятностей параметров среды, воздействующих на систему, и произвольным распределением, кодируемым её конфигурацией. Система может минимизировать свободную энергию, изменяя свою конфигурацию: воздействуя на то, какие данные она получает из среды, или меняя кодируемое ею распределение. Эти изменения соответствуют соответственно действию и восприятию и обеспечивают адаптивное взаимодействие со средой, характерное для биологических систем. В этом подходе предполагается, что состояние и структура системы кодируют неявную вероятностную модель среды. Мы рассмотрим модели, заложенные в работе мозга, и то, как минимизация свободной энергии может объяснить его динамику и структуру.