Minimum błędu predykcji

Dzisiejszy artykuł chciałbym poświęcić na przedstawienie Wam niezwykle ciekawej teorii opisującej działanie ludzkiego mózgu. Choć nie jestem neurobiologiem, to postaram się przedstawić moje rozumienie tej koncepcji, bez silenia się na techniczny żargon czy matematyczny lub formalny rygor. W przyszłości, jeśli moje zainteresowanie tematem się utrzyma i zgłębię go na bardziej zaawansowanym poziomie, jest szansa na konkretniejsze teoretyczne treści. Dziś pozostanę przy pewnej intuicji, koncepcyjnym narzędziu do myślenia o myśleniu, czyli działaniu naszego mózgu.

Mózg jest systemem, który szuka stanu minimalnego błędu predykcji przy uwzględnieniu ograniczeń płynących z kosztów energetycznych działań. Przestrzeń, którą przeszukuje pod tym kątem, jest wielowymiarowa, a jej osie to szeroko rozumiane dane zmysłowe (zmysły wewnętrzne i zewnętrzne, właściwie każdy kanał wejściowy do mózgu). Przeszukiwanie odbywa się poprzez aktywacje kanałów wyjściowych – przesyłanie informacji/poleceń do ciała. Każde działanie to funkcja przekształcająca jeden stan w przestrzeni zmysłów w inny. Funkcja ta ma liczne zmienne ukryte, czyli aspekty, których mózg nie kontroluje – to wszystko, co wydarza się w zewnętrznym świecie.

I tak pobierając dane od zmysłów, mózg konfrontuje je z predykcją, którą stworzył (w uproszeniu, wszystko, co widzimy i czujemy może być rozumiane jako symulacja wykonana przez mózg ułamek sekund wcześniej, niż się faktycznie wydarzyło), kiedy coś się nie zgadza, robi dwie rzeczy: koryguje predykcję i wysyła sygnał na wyjście, by zmodyfikować stan świata. W takiej pętli sobie żyjemy. Nasz mózg nieustannie przewiduje przyszłość i stara się wprowadzić siebie i świat w stan, w którym te przewidywania będą możliwie trafne, a zużycie energii będzie możliwie minimalne.

Ten proces jest niezwykle złożony. Mówimy tu o tysiącach źródeł informacji i tysiącach kanałów wyjścia, na które można wpływać. Co więcej, są jeszcze wspomniane zmienne ukryte, czyli wszystko to, czego nasze zmysły nie uchwyciły, a co wpływa lub wpłynie w przyszłości na stan naszej rzeczywistości. Czy jest praktycznie przydatne, by rozważać te procesy biorąc pod uwagę ich przytłaczającą złożoność? Tak, choć żeby móc coś z nich wyciągnąć, musimy wznieść się na wyższy poziom abstrakcji – co zresztą nasz mózg także czyni. Potrzebujemy ogólniejszych, syntetycznych „zmiennych”, bo analiza na poziomie pojedynczych impulsów zmysłowych jest zbyt skomplikowana.

Parafrazując powyższą koncepcję: mózg to jednostka obliczeniowa, której zadaniem jest tworzenie predykcji danych, które otrzymuje na wejściu, optymalizując jednocześnie pod kątem zużycia energii. Ta jednostka obliczeniowa jest podłączona do danych wejściowych oraz do kanałów wyjściowych, na które może wysyłać sygnały. Kanały wejściowe to dane zmysłowe (wewnętrzne i zewnętrzne). Kanały wyjścia to sygnały wysyłane do ciała – mięśni, gruczołów itp.

Jako bazę dalszych rozważań wykorzystam temat z poprzedniego newslettera, czyli interpretacje nawyków i pracy z nimi w powyższym schemacie. W tym sensie dzisiejszy artykuł jest rozwinięciem poprzedniego, przenosząc nacisk z praktycznych zastosowań na bardziej teoretyczne rozważania.

Aby nie zapaść się zbyt głęboko w abstrakcję, weźmy na tapet konkretne zachowanie, które często jest nawykowe, a które niekoniecznie służy nam długofalowo. Czyli jest to nawyk, który warto zmienić. Niech naszym przykładem będzie jedzenie słonych i słodkich przekąsek – temat znany prawie każdemu z nas. Pomimo że wiemy, jak wiele kalorii kryje się w niewinnej paczce chipsów, wciąż, gdy zasiadamy przed telewizorem na seans ulubionego serialu lub gdy zabieramy się ze znajomymi do partii w planszówki, przed nami stoją michy wypełnione chrupkimi Lay’s.

W przypadku przekąsek nasz mózg musi balansować kilka zmiennych:

1. głód – było nie było, przekąski zaspokajają nasze zapotrzebowanie na kalorie,

2. odczucie przyjemności – powiązane z powyższym, jedzenie jest przyjemne, bo zaspokaja głód. Smak słodki i smak słony są szczególnie przyjemne,

3. długofalowe zachowanie zdrowia – nie każde jedzenie jest tak samo dobre dla naszego zdrowia. Jeśli będziemy jeść zbyt wiele chipsów, to za kilka lat przyjemność ustąpi cierpieniu związanemu z chorobą,

4. liczba spożywanych chipsów i ciasteczek – to nasze działanie nawykowe,

5. liczba spożywanych warzyw – to alternatywne działanie.

Pierwsze trzy punkty to syntetyczne sygnały „zmysłowe”, o których wspominałem wcześniej. W praktyce pod pojęciem „głód” dla mózgu kryją się tysiące różnych sygnałów: o poziomie pokarmu w żołądku, o stężeniu hormonów trawiennych, o zawartości glukozy we krwi itd. Zbieramy je tutaj do jednego worka i nazywamy ten worek „głodem”. Jeśli chcielibyśmy te rozważania podnieść na bardziej ścisły poziom, musielibyśmy każdy z powyższych worków możliwie szczegółowo zdefiniować, ale na potrzeby budowania intuicji o systemie pozostaniemy na powyższym poziomie precyzji.

Dwa ostatnie punkty to syntetyczne „działania”, czyli sygnały, które mózg wysyła do ciała – czy w tym konkretnym przypadku rezultaty wysłania danych sygnałów. Nie ma wątpliwości, że dostępnych działań, które mogą być istotne dla naszego doświadczenia, jest więcej (np. liczba spożywanych orzechów, czas spędzony na głodówce, liczba przebiegniętych kilometrów). Dla prostoty pozostaniemy przy powyższym uproszczonym zestawie zmysłów i działań.

Nie będziemy się tu zastanawiać, skąd ten nawyk się wziął, przyjmujemy po prostu fakt, że obecnie mamy nawyk podjadania chipsów i ciastek. Ale co to właściwie znaczy w naszym modelu, że mamy nawyk? To znaczy, że nasz mózg spodziewa się, że pewne działanie (jedzenie ciastków) spowoduje pewien efekt (odczucie przyjemności i zaspokojenie głodu). To zachowanie ma niski błąd predykcji oraz wysoką podaż energii. Stało się preferowane, to znaczy, że w przestrzeni rozwiązań, którą nieustannie analizuje nasz mózg, jest z nim związana dolina, w której tkwimy. Jedzenie chipsów jest „bezpieczne”, bo ma znany i lubiany efekt. Im częściej powtarzamy to zachowanie, tym efekt staje się bardziej potwierdzony, dolinka robi się głębsza – nawyk staje się silniejszy. Co ważne, gdy zaprzestajemy jedzenia czipsów, odczuwamy dyskomfort i brak. Trafiamy na „stok” doliny – błąd predykcji rośnie.

Gdybyśmy nie mieli intelektu i refleksyjności, bylibyśmy skazani na tkwienie w naszym obecnym minimum (chyba że świat zewnętrzny zrobiłby coś, co by nas z niego wyrwało). Takie zachowania obserwujemy u zwierząt: pies, który ma nieograniczony dostęp do smaczków, będzie je jadł, dopóki nie wypełni brzuszka. Jak tylko minie odczucie sytości, zacznie jeść znowu. Nie zatrzyma się, by zastanowić się, czy nie doprowadzi go to do otyłości, a w konsekwencji do zawału. Nie ma narzędzi, by przeanalizować przestrzeń rozwiązań w odległym czasie, jest w stanie zbadać względnie bliską przyszłość, a dla niej najmniejszy błąd predykcji i zysk energetyczny są związane z pochłanianiem smaczków. Nie jest tak do końca, iż zwierzęta nie mają możliwości adaptacji i predykcji, ale ich zdolności w tym względzie są ograniczone, szczególnie gdy przyjdzie im się spotkać z wytworami ludzkiej cywilizacji obfitości.

My jesteśmy wyposażeni w aparat do analizy przyszłych konsekwencji, choć nie oznacza to, że będziemy w stanie go użyć ani że będziemy potrafili go dobrze wykorzystać – daje nam szansę.

Pierwszy krok, który musimy wykonać, to zdać sobie sprawę, że zmiana jest potrzebna i że jest możliwa.

Uświadamianie sobie potrzeby zmiany to umiejętność spojrzenia na przestrzeń rozwiązań i wyobrażenie sobie, jak ona się zmieni w czasie. Oczywiście jakość tego wyobrażenia będzie zależeć od jakości informacji, które posiadamy. W naszym przykładzie, jeśli nie wiemy nic o cholesterolu, jego wpływie na układ krwionośny i jego powiązaniu z tłustym i słodkim jedzeniem, to przyszłość, którą przewidzimy, będzie równie przyjemna co teraźniejszość. Nie dostrzeżemy potrzeby zmiany i kiedy przyjdzie nieuchronnie choroba powiązana z naszym stylem życia, w zaskoczeniu będziemy się zmagać z błędem predykcji. Dlatego tak istotne jest, by być dobrze poinformowanym o dowodach naukowych na szkodliwość lub dobroczynność pewnych aspektów naszego stylu życia, bez tego nigdy nie dostrzeżemy powodu do zmiany. Połóżmy tutaj nacisk na „dobrze poinformowanym”, bo jeśli nasza wiedza nie ma oparcia w faktach i wywodzi się z guseł, haseł reklamowych czy naszych własnych jednostkowych doświadczeń, to symulacja przyszłości, którą zbudujemy, będzie miała mało wspólnego z rzeczywistością.

Gdyby jedzenie chipsów i ciastek nie miało żadnych negatywnych reperkusji, to byłby koniec historii. Moglibyśmy swobodnie tkwić w tym minimum, a energię poświęcać na inne zagadnienia życia. Tak jednak nie jest. Dzięki naszym agentom specjalnym: refleksyjności i ciekawości poznawczej jesteśmy w stanie stwierdzić, że takie zachowanie w dłuższej perspektywie czasu sprowadzi na nas więcej cierpienia niż obecnie daje przyjemności lub, innymi słowy, spowoduje gigantyczny błąd predykcji (bo choroba to cała puszka Pandory błędów predykcji) i ogromny ubytek energii (bo zdrowienie to kosztowny proces dla organizmu).

Kiedy już wiemy, że, aby zminimalizować globalny błąd predykcji i zmaksymalizować podaż energii, konieczne są zmiany, przychodzi nam zmierzyć się z procesem ich przeprowadzania. Prawdopodobnie największą komplikacją tego procesu jest to, że aby opuścić nasze lokalne minimum, zazwyczaj musimy przejść przez próg dyskomfortu, znaczących błędów poznawczych i wydać dużo energii. Standardowe mechanizmy działania nie będą „chciały” podążać takimi ścieżkami. W końcu ich zadaniem jest minimalizowanie błędu predykcji i zużycia energii. Będą się więc starały przywrócić nas na znaną, łatwą ścieżkę – tu wracamy do kazusu zwierzaka, który ma do dyspozycji tylko badanie natychmiastowego błędu predykcji, w związku z czym nigdy nie zejdzie z kursu chwilowej przyjemności (o ile nie wymuszą tego okoliczności).

Zadaniem naszej refleksyjności, intelektu i „silnej woli” jest utrzymanie nas na właściwym kursie, aż dotrzemy do nowego minimum. W naszym przypadku będzie to chrupanie marchewki zamiast chipsów.

Co nam będzie w tym przeszkadzać, a co pomagać?

Rozpoznanie zmiennych ukrytych – nie wszystkich, bo to zadanie przerastające nasze możliwości, ale przynajmniej niektórych z nich. Innymi słowy, warto poznać okoliczności (kiedy oglądam serial, to jem chipsy) i stany emocjonalne (kiedy jestem smutny, jem ciastka), które towarzyszą zachowaniu, które chcę zmienić. Nie jemy ich przecież na okrągło. Kiedy nasz umysł ma tendencję do wchodzenia w to niepożądane minimum? W leczeniu uzależnień mówi się o „wyzwalaczach głodu”, czyli o tym, co nam przypomina o używaniu substancji – ten sam koncept działa przy nawykach!

Unikanie linii największego oporu – drastyczne skoki błędu predykcji spotkają się z drastyczną korektą mechanizmów automatycznych i będą wymagać wielkich ilości energii, by utrzymać kurs. Gdy jest to możliwe, stopniowa zmiana i akomodacja w nowej normie (systematyczne obniżanie bariery do nowego optimum) są preferowane ponad terapię szokową. Czyli zamiast rezygnować z chipsów całkowicie zrób pół na pół, jedna miska marchewki, jedna chipsów. Później zmień chipsy na mniej kaloryczną wersję albo wersję o mniej intensywnym smaku. Tu jednak uwaga. To nie zawsze działa! Nieco więcej o tym za chwilę, ale w szczególności w uzależnieniach czy przy używaniu substancji psychoaktywnych ta strategia jest zazwyczaj kontrproduktywna.

Trzymanie oka na kursie – korzystaj ze swojej refleksyjności i intelektu, by przypominać sobie, dokąd i dlaczego dążysz. To trochę tak, jakbyś co jakiś czas spoglądał na przestrzeń rozwiązań z lotu ptaka i upewniał się, że twój cel dalej tam jest i że się do niego zbliżasz. Jeśli jesteśmy zbyt blisko tego, co dzieje się dzisiaj, możemy wyolbrzymiać nasze trudności. Może się nam wydawać, że przed nami jest jeszcze jakaś wielka góra do pokonania, a to może nas przekonać do tego, że nie warto inwestować w zmianę. Zobaczmy naszą górę z pewnego oddalenia, by zrozumieć, że nie jest aż taka straszna. Na początku stworzyliśmy pewną mapę przestrzeni rozwiązań, według której chcemy podążać – musimy ją regularnie odświeżać w pamięci, by się nie zatarła.

Inne zmienne i parametry – im więcej parametrów rozważamy, tym więcej otwiera się przed nami opcji. Możemy wykorzystać inne zmienne, by wspierać (ale także sabotować) nasze starania. Przykładowo w naszych rozważaniach możesz spotykać się z przyjaciółmi, by wypełnić swój czas i „nie myśleć” o chrupkach i ciastkach. Jeśli jednak spotkasz się z kimś, kto wyciągnie zza pazuchy karton Lay’sów paprykowych, to twoich wysiłków nie wspomoże, a raczej im przeszkodzi. To się wiąże z rozpoznawaniem ukrytych zmiennych, tyle że tutaj chcemy rozpoznać dodatkowe możliwości działania, które mamy do dyspozycji. Przy czym, praktyczna uwaga: nie każde nasze działanie będzie miało realne znaczenie w kontekście danego problemu i czasem nie warto niepotrzebnie komplikować.

Nie ma zmiany bez wysiłku i czasu – jeśli zmiana ma nastąpić, to będzie wymagała czasu i wysiłku. Im dłużej kultywowałeś jakiś nawyk, tym więcej wysiłku będzie kosztowało zmienienie go (tym głębszy dołek wydeptałeś). Nie warto się co do tego oszukiwać, bo pierwsze oznaki bólu czy dyskomfortu sprawią, że wrócisz na znany szlak niskiego błędu predykcji i dużej podaży energii. W bardzo niewielu przypadkach zmiana będzie płynna i bezbolesna. Warto sobie „zabudżetować”, i to z nawiązką, energię, wysiłek i dyskomfort, które będą potrzebne na drodze do zmiany.

Utrudnienie dostępu do starego szlaku, ułatwienie do nowego – zarządzajmy okolicznościami tak, by możliwie utrudnić sobie wejście w stary nawyk, a ułatwić wejście w nowy. Jeśli chcesz jeść mniej chipsów, to nie powinieneś mieć w domu chipsów. Chcesz zamiast tego jeść więcej marchewki? Niech twoja lodówka będzie wyładowana nią po brzegi. Budujesz w ten sposób małe górki i dolinki w przestrzeni rozwiązań, sprawiasz, że nawyk, z którym walczysz, kosztuje nieco więcej energii. To delikatnie ukierunkowuje twoje automatyzmy. Czy to oznacza, że nigdy nie złapie cię chętka na chrupki i nie polecisz po nie do sklepu? Nie, ale przynajmniej będziesz musiał włożyć wysiłek w ubranie się, wyjście itd., a to pomoże obniżyć prawdopodobieństwo i częstotliwość tej czynności.

Powtarzanie to podstawa nauki – mózg lubi mały błąd predykcji płynący ze stabilnego rozwiązania, a stabilne rozwiązanie to takie, które wielokrotnie powtarzaliśmy, uzyskując spodziewany i pożądany rezultat. Powtarzaj nowy nawyk jak najczęściej i wydeptuj nową dolinkę w przestrzeni rozwiązań. Spraw, by to co cię trzymało w złym nawyku, teraz trzymało Cię w dobrym. Uczyń nowe zachowanie znajomym tak, by wyjście z niego skutkowało błędem prognozy. To ważne, bo stara dolinka będzie obecna jeszcze przez długi czas i będzie też ryzyko ponownego wpadnięcia w nią.

Często chodzi o balans, a nie o eliminacje – najbardziej trwałe i stabilne rozwiązanie wcale nie musi oznaczać całkowitej eliminacji czegoś z naszego życia. Bywa tak, że optimum jest przy zdrowych proporcjach, bywa tak, że optimum jest stanem oscylującym. Czyli sześć dni w tygodniu chrupię sobie marchewkę, ale w sobotę na planszówkach zjem małą paczkę chipsów. Takie rozwiązanie może się okazać o wiele łatwiejsze do utrzymania, dające przy tym dobre skutki zdrowotne. Gdybyśmy próbowali naciskać na stan, w którym nigdy nie jemy chipsów, to może się okazać, że będziemy z niego „wypadać” – takie rozwiązanie będzie niestabilne. To nas powinno zachęcić do eksperymentowania, próbowania drobnych zmian w naszych nawykach i szukania możliwie stabilnego optimum (czasem będzie to wymagało wprowadzenia dodatkowych zmiennych!). Pamiętajmy, że celem zwykle nie jest całkowita eliminacja jakiejś zmiennej, tylko optymalizacja błędu predykcji i zużycia energii w długiej perspektywie czasu.

Tutaj jednak ważna uwaga na marginesie:

Są krytyczne wyjątki od koncepcji równowagi. W niektórych systemach nie ma innej drogi do trwałości, jak wyzerowanie danej zmiennej. Przykład to uzależnienia od substancji psychoaktywnych: nie ma stabilnego rozwiązania dla „niewielkiego” używania. Możliwe jest tymczasowe utrzymywanie takich rozwiązań poprzez inwestowanie znacznych ilości energii – stan przez fachowców zwany „dupościskiem”. Jednak prędzej czy później energia się wyczerpie i system wróci do stanu równowagi, czyli intensywnego używania. Jednocześnie tak duży wydatek energii idący na utrzymanie niestabilnej sytuacji oznacza, że brakuje energii na normalne życie, co będzie przejawiać się agresją, bylejakością lub innymi niekonstruktywnymi zachowaniami.

W pierwszym przybliżeniu nałogowiec ma dwa stabilne stany równowagi: całkowita abstynencja oraz niekontrolowane używanie. Problem jest jednak bardziej złożony. Tutaj rozważamy jedną zmienną: używanie substancji lub kompulsji, ale człowiek jest bardziej złożonym systemem. Do naszych rozważań możemy dodać syntetyczny parametr „rozwój osobisty” rozumiany jako praca nad swoim charakterem, refleksja, zmiana na lepsze. Praktyka terapii uzależnień uczy nas, że to parametr niezwykle istotny dla osoby uzależnionej. Dodając go do modelu, pierwszy stan równowagi możemy rozbić na dwa: całkowita abstynencja połączona z pracą nad sobą (stabilny) oraz całkowita abstynencja bez pracy nad sobą – dupościsk (niestabilny).

Tutaj też zauważmy: to powyższe jest uproszczeniem, przecież praca nad sobą to zmienna stopniowalna, ciągła. Można nad sobą pracować mniej lub bardziej i nasze dwa przypadki są punktami ekstremalnymi na spektrum. Także spożywanie substancji można rozumieć jako spektrum – tyle, że tutaj dla nałogowca stabilne są tylko zero używania i niekontrolowane używanie, podczas gdy przy rozwoju możemy zgadywać, że będzie więcej stabilnych rozwiązań.

W pewnym sensie cała nasza aktywność polega na szukaniu stanów równowagi (także równowagi dynamicznej) w przestrzeni rozwiązań i to konkretnie takich, w których błąd predykcji i zużycie energii są możliwie niskie. My jesteśmy zestawem algorytmów, które tę przestrzeń przeszukują. Jest względnie jasne, że te algorytmy dzielą się na wyspecjalizowane grupy, może nawet tworzą poziomy abstrakcji (stopień szczegółowości i syntezy) i budują wewnętrzną strukturę – warstwa fizyczna, warstwa społeczna, warstwa indywidualna, warstwa refleksyjna. Ciekawym pytaniem jest, które z tych algorytmów dzielimy z innymi istotami żywymi (albo z komputerami!) i które z nich są konieczne, by mówić o świadomości?

Lista interesujących konsekwencji i pytań wokół tego sposobu myślenia o człowieku jest dłuższa, oto kilka z nich:
Algorytm potrzebują punktów startowych. Jak one powstają? Czy to rola tego, co nazywamy intuicją? W tym temacie kilka słów w dzisiejszym newsletterze.
Jak wygląda reprezentacja przestrzeni stanów i naszej w niej trajektorii w czasie na poziomie świadomym? Czy to to, co nazywamy opowieścią o sobie?
Jak w to wpisują się inni ludzie? Gdzie jest miejsce w przestrzeni błędu predykcji i energii na rozmnażanie?
Czy w obrębie rodziny też zachodzi optymalizacja błędu predykcji i zużycia energii? A w obrębie stada czy społeczeństwa?

Na dziś pytania te pozostają otwarte, acz będę do nich jeszcze w przyszłości niewątpliwie wracał. Może któreś z nich szczególnie Was zainteresowało i chcielibyście podzielić się swoimi przemyśleniami? Zapraszam do komentowania!

Newsletter

Newsletter to wysyłany cyklicznie email zawierający informację o tym, co nowego pojawiło się na blogu, a także dodatkowe treści rozwijające, komentujące i pogłębiające tematykę bloga.

Jeżeli chcecie być na bieżąco z najnowszymi materiałami i chcielibyście otrzymywać jeszcze więcej stoickich treści, to zapraszam do subskrypcji!

Jako prezent na start otrzymacie krótki dokument przedstawiający praktyczne porady, jak wykonywać poranny i wieczorny przegląd siebie!

PS. Kilka słów zza kulis

Przy pisaniu tego tekstu korzystałem z pomocy sztucznej inteligencji – konkretnie ChatGPT od OpenAI. To narzędzie pomagało mi w korekcie tekstu.