De vier componenten van ons voorspellende brein

De vier componenten van ons voorspellende brein. Steeds meer wetenschappers ondersteunen het idee dat ons brein voorspellend werkt. Wetenschappers zoals Anil Seth en Lisa Feldmann-Barrett hebben er laagdrempelige boeken over geschreven, en ook Daniel Yon (zie hier) en Andy Clark. Het boek van Clark is getiteld ‘the experience machine’. En in zijn boek heb ik de tot nu toe helderste uiteenzetting gevonden over de werking van ons voorspellende brein.

Voorspellend brein

Ons brein werkt niet outside-in, dus niet zozeer van buiten naar binnen. Het is niet zo dat de visuele signalen van een boom ons oog bereiken en we daarom een boom zien. In plaats daarvan construeert ons brein voortdurend voorspellingen over de werkelijkheid. Predictive processing is een voortdurend aanwezig proces in ons brein. Hoe werkt dit? Het blijkt dat voorspellende breinen zijn opgebouwd uit vier kernelementen, legt Clark uit. Het eerste is een generative model. Het tweede zijn de moment-op-moment voorspellingen dat het uitzendt. Het derde zijn de voorspellingsfouten. En de vierde zijn de schattingen van precisie.

Component 1. generatief model

De eerste component is een generatief model. Dat is simpel gezegd onze bestaande kennis over de werkelijkheid. Het generatieve model zendt voorspellingen uit. Die voorspellingen ontmoeten vervolgens het binnenkomende sensorische bewijs. Het generatieve model is een bron. Die bron is in staat om nieuwe exemplaren van data, beelden en structuren te genereren, op basis van wat er in het brein bekend is over hoe eigenschappen en kenmerken bij elkaar passen. Bijvoorbeeld: om te kunnen lezen moet je een taal kennen. Je kunt dan vervolgens zinnen lezen die je nog nooit eerder hebt gezien, vanwege je kennis van algemene patronen van die taal. Het generatieve model is een leerbare resource die he systeem ertoe in staat stelt om nieuwe, zelf gegenereerde versies te maken van het soort data dat het eerder heeft geleerd. We kunnen de wereld daardoor ervaren en we kunnen de wereld inbeelden.

Componenten 2 en 3. Voorspellingen en voorspellingsfouten

Met dit generatieve model kan het brein geïnformeerde gokjes doen (voorspellingen) die vergeleken kunnen worden met de binnenkomende sensorische informatie. Als onze voorspelling klopt met de binnenkomende informatie dan nemen we de wereld correct waar en begrijpen we die. Maar als er een mismatch is tussen ons gokje en de binnenkomende informatie ontstaan voorspellingsfouten.  Deze voorspellingsfouten verschaffen informatie over de verschillen en stellen het brein dan in staat om een beter gokje te doen. Als het gaat om perceptie dan reageert het brein op voorspellingsfouten door op zoek te gaan naar een betere gok wat er te zien is in de wereld. Dat gaat gepaard met bewuste inspanning.

Actie

Maar het brein kan ook aanzetten tot handelen (active inferenece) zodat de input weer past bij de voorspelling. Ons brein voorspelt bijvoorbeeld dat we ons koffiekopje hebben naar onze mond hebben gebracht, maar dit is nog niet feitelijk wat ons lichaam aan het doen is. We ervaren onze eigen bewegingen (proprioception), en nu is er een conflict tussen wat we sensorisch ervaren en onze voorspelling. Hoe lossen we dit op? We brengen het koffiekopje naar onze lippen en zo past de voorspelling weer bij de binnenkomende sensorische informatie. Actie is op dezelfde manier geconstrueerd als perceptie. Het doel is om fouten te minimaliseren in de voorspelling van de sensorische informatiestroom. Maar bij het construeren van actie reageert het brein op voorspellingsfouten door ons lichaam te bewegen, zodat de voorspellingen correct worden. Beweging gaat dus gepaard met een selffulfilling prophecy.

Nieuwe ervaringen

Wat gebeurt er als we iets volledigs nieuws ervaren? Hoe kan ons brein dan voorspellingen doen? Dat werkt als volgt. Eerst zien we heel algemene kenmerken van onze werkelijkheid en dan doet het proces om voorspellingsfouten te minimaliseren zijn werk. We zien een natuurgebied dat we niet eerder hebben gezien, maar we hebben wel eerder natuurgebieden gezien. Als we vervolgens de algemene kenmerken van onze werkelijkheid correct hebben voorspelt, construeert ons brein nieuwe voorspellingen om de details in te vullen. Dit proces van voorspellingsfouten corrigeren gaat door tot we voldoende details van onze omgeving correct voorspellen. We zien als het ware het bos voordat we de bomen zien. Onze voorspellingen worden zo steeds preciezer. Een betekenisvolle ervaring is als het ware een dans tussen voorspellingen en voorspellingsfouten.

Component 4. Precisie

De vierde bouwsteen van ons voorspellende brein is precisie.  De dans tussen voorspellingen en voorspellingsfouten wordt gemodereerd door precisie. De precisie weegt de voorspellingen en de voorspellingsfouten en stemt de neurale en lichamelijke reacties daarop af. Het brein past de relatieve weging van sleutelelementen van het eigen voorspellingsregime aan. Door de precisiewegingen te verhogen of verlagen wordt de impact van bepaalde voorspellingen of van bepaalde aspecten van sensorisch bewijs versterkt of onderdrukt. Het brein draait zo aan de volumeknop van hoeveel aandacht er aan bepaalde informatie gegeven wordt. Er staat bijvoorbeeld een onverwacht woord in een zin, en het brein draait de volumeknop van aandacht besteden aan dat onverwachte woord op en draait tegelijkertijd de volumeknop van aandacht voor de voorspelling naar beneden.  Variabele precisieweging is een heel krachtige tool in ons voorspellende brein. Het zorgt ervoor dat we een flexibel brein hebben dat zijn respons in de situatie kan aanpassen, naar gelang de taak en de context. Het brein leert hoe en wanneer hij zijn precisiewegingen moet aanpassen op dezelfde manier als het zijn generatieve model ontwikkelt.  Het wordt geleerd via een stroom aan herhaalde blootstelling aan bepaalde informatie.

Het samenspel

Clark vat het vrij vertaald zo samen: ‘Het belichaamde organisme is voortdurend zijn respons aan het organiseren via precisie-wegende voorspellingsfoutencorrectie. De poging om die fouten te minimaliseren drijft zowel perceptie als actie, en verbindt ze samen in een nauwe en wederzijds versterkende omhelzing. Dit is de toolkit die ons brein gebruikt om onze belichaamde ervaringen en interacties met de wereld te orchestreren. Zo selecteren we acties die ons dichter bij onze doelen brengen. Deze complexe dans is wat het is om ons te zijn.’