Categoriseren zit ingebakken in het brein

Categoriseren zit ingebakken in het brein, zo suggereren Lisa Feldman Barrett en Earl Miller in dit nieuw verschenen artikel. In dit artikel onderbouwen de onderzoekers het idee dat het doel van predictive processing allostase is en dat categoriseren een centraal mechanisme hiertoe is.

Categorisatie

In het artikel definiëren de onderzoekers eerst het begrip categorie: ‘Een categorie is een groep objecten, levende organismen, handelingen of gebeurtenissen die voldoende op elkaar lijken om voor een bepaald doel of functie als equivalent te worden behandeld.’Categorisatie is vervolgens een proces, gebaseerd op het vermogen om te concluderen dat ‘dit is zoals dat’. Met dat vermogen minimaliseren we onzekerheid in een steeds veranderende wereld en dat is metabolisch efficiënt.

Compressie

Ons brein heeft voortdurend met heel veel signalen te maken. Dat noemen de auteurs hoog-dimensionale signalen. Om te kunnen overleven is het noodzakelijk om te categoriseren, want die categorisatie heeft als functie om actieplannen of actieconcepten te kunnen ontwikkelen. Ons brein kan meerdere hoog-dimensionale signalen samenpersen tot een gemeenschappelijke laag-dimensionale actiecategorie. In plaats van alle verschillende lijnen, vormen, kleuren, neem je bijvoorbeeld een boom waar. Laag-dimensionale actiecategorieën kunnen ook mentaal zijn. Dan hebben ze psychologische betekenis, zoals ‘dreiging’ of ‘plezier’.

Generalisatie

Door de signalen te comprimeren tot ze abstracte kenmerken delen, kunnen mensen generaliseren. Die generalisaties helpen om actieconcepten en -plannen te maken. Ook als de situatie nu net even anders is dan een eerdere situatie. Je hebt al eerder in een bos gelopen, dus hoewel dit bos er anders uitziet ervaar je het nog steeds als een bos en kun je je spieren aanzetten tot wandelen. Woorden helpen menselijke breinen sterk om te categoriseren en generaliseren.

Traditioneel

Deze visie van de onderzoekers op onze breinwerking is anders dan de traditionele visie van hoe ons brein categorieën construeert. In de traditionele visie van hoe ons brein werkt begint categorisatie met het toekennen van alle binnenkomende signalen aan een categorie. Eerst iets zien, voelen, proeven, en dan vanuit al die verschillende signalen die ons brein binnenkrijgt een bestaande categorie activeren of een nieuwe categorie ontwikkelen. Maar empirische bevindingen spreken dit tegen, zo leggen de onderzoekers uit.

De categorie komt eerst

Empirisch onderzoek wijst erop dat in ons brein als eerste de categorieën zelf worden geconstrueerd, en dat dus niet vanuit de kakofonie aan signalen categorieën worden geselecteerd of opgebouwd. Ons brein construeert eerst de abstracte categorie, en pas daarna vindt de nadere invulling en correctie op basis van de details (hoge dimensionaliteit) plaats, aan de hand van de binnenkomende signalen. Dit sluit aan bij de theorie van het voorspellende brein.

Voorspellend brein

De onderzoekers suggereren een theorie van ons voorspellende brein die op drie manieren anders is dan andere predictive procestheorieën: 1) niet homeostase als centraal principe  2) het doel van voorspelling en 3) allostase en visceromotorische controle als centraal mechanisme. Eerst kort iets over het voorspellende brein en categorisatie. De abstracte categorisatie speelt een prominente rol in hoe inkomende sensorische signalen worden gecategoriseerd. Een brein moet altijd proberen uit binnenkomende signalen de causale factoren af te leiden die deze signalen hebben voortgebracht. De theorie van een voorspellend brein kan uitleggen hoe alle mentale activiteit (cognitie, motorische controle, emotie, perceptie) werkt binnen één gemeenschappelijk geheel van operationele principes. En categorisatie is volgens de onderzoekers 1 van de centrale operationele principes van ons voorspellende brein.

Voorspellende categorie

Een categorie is voorspellend omdat die er is vóórdat de verwachte binnenkomende signalen er zijn. Deze visie heeft volgens de auteurs veel consequenties. Met deze visie wordt het logisch dat verschillende signalen over verschillende contexten heen dezelfde betekenis kunnen hebben. En de visie verklaart ook hoe hetzelfde fysiek signaal in verschillende situaties verschillende betekenissen kan hebben. Bijvoorbeeld, in de ene situatie is je verhoogde hartslag voor jou een teken van liefde en in de andere situatie een teken van angst. De betekenis wordt geconstrueerd in de context.

Omgekeerd

De visie van de onderzoekers draait zo het conventionele begrip van categorisatie om. De cerebrale cortex reduceert binnenkomende signalen niet om ze te matchen met opgeslagen categorieën. In plaats daarvan gebruikt de cortex laag-dimensionale temporele dynamiek als anticiperende categorieën die de neurale context vormen voor de verwerking van de binnenkomende signalen. Categorisatie begint dus met ad-hoc groeperingen van wat er mogelijk gaande is. De binnenkomende signalen worden vervolgens gebruikt om te corrigeren, te verfijnen en om specifieke acties en percepties te construeren. De limbische cortexgebieden zijn daarbij een centrale bron van voorspellende, allostatische feedbacksignalen die categorisatie organiseren, zo leggen de onderzoekers uit.

Allostase

Zij hebben het over allostatische voorspellingssignalen die categorisatie organiseren. Het begrip allostase staat ook centraal in hun theorie. Veel predictive processing theorieën gaan uit van homeostase als basisprincipe (reactief). De auteurs gaan echter van allostase als basisbreinprincipe. Allostase betekent dat het brein actief de systemen van het lichaam reguleert door op toekomstige behoeften te anticiperen. In deze visie is je brein er om je als organisme te doen overleven, zie ook hier.

Visceromotorische controle

Met categorisatie anticipeert ons brein op de energetische behoeften van ons lichaam binnen een specifieke context, door te generaliseren vanuit allostatisch vergelijkbare gebeurtenissen. Vorige keer dat je leidinggevende de kamer binnenkwam was je gestrest, dus je brein voorspelt dat je energie nodig hebt zodra de leidinggevende opnieuw je kamer binnenkomt. De visceromotorische controle staat centraal in deze theorie van predictive processing.

Doel van voorspelling

Veel predictive processing theorieën gaan er daarnaast vanuit dat het doel van voorspellingen is om fouten te minimaliseren. Maar volgens de auteurs is het doel van voorspelling niet foutminimalisatie op zich, maar het optimaliseren van de metabolische kosten van leven, inclusief de signaalverwerking in het brein (dus allostase). Door te voorspellen optimaliseert ons brein de metabolische kosten. Categorisatie is een van de manieren waarmee het brein allostase kan bewerkstelligen. Categorieën zijn zo voorspellende regulatie-instrumenten waarmee het brein het lichaam metabolisch efficiënt door een onzekere wereld stuurt.

Metabolische efficiëntie

Door allostase en categorisatie in het middelpunt van breinvoorspelling te zetten, wordt metabolisme betekenis. Dat is de volgende stap in hun denken: allostase is betekenis. Een signaal betekent iets omdat het relevant is voor regulatie van het organisme. Metabolische efficiëntie gaat samen met gezondheid, zowel lichamelijk als mentaal. Maar metabolische inefficiënte gaat samen met mentale en lichamelijke ziektes. Sensaties, percepties, geheugen, actie, besluitvorming en doelgericht gedrag zijn in deze visie geen afzonderlijke verwerkingsmechanismen. Ze zijn verschillende facetten van hetzelfde proces: categorisatie. En allostase is de kern van dat gemeenschappelijke signaalverwerkingsraamwerk in het brein.

Categorie is ingebakken in het brein

Categorisatie is daarmee volgens de onderzoekers het fundamentele werkingsprincipe van het brein. En categorisatie als fundamenteel verwerkingsprincipe betekent dat de betekenis die we ervaren in onze situatie verankert is in allostatische controle en efficiënte energieregulatie. Een ‘doel’ is dan een toekomstige voorspelde allostatische toestand van het systeem. ‘Motivatie’ is dan elke energie-uitgave die nodig is om dat doel te bereiken. Kortom; ons brein construeert voortdurend voorspellende categorieën om sensorische input betekenis te geven op een manier die allostase en energie-efficiënte actie mogelijk maakt.

Self-evidencing

Als je deze theorie naast die van Hohwy legt dan valt mij op dat Hohwy ervan uitgaat dat het doel van predictive processing is om te bevestigen wat we al geloofden, self evidencing en het minimaliseren van voorspellingsfouten, terwijl Feldman Barrett het doel van voorspellingen formuleert in termen van allostase en daarmee het lichaam in predictive processing een veel grotere rol toekent. Beide theorieën gaan uit van het voorspellende brein, maar geven een fundamenteel andere invulling eraan. De empirische onderbouwing maakt voor mij vooralsnog de meer contextuele, psychologisch-biologische invalshoek van Feldman Barrett en Miller overtuigender.