Predictive Coding: Sagt unser Gehirn die Zukunft voraus?
Mit
»Predictive Coding« wollen Forscher von Grund auf neu erklären, wie
unser Gehirn funktioniert: Geht es in unserem Kopf immer nur um den
Blick in die Zukunft?
von Jordana Cepelewicz
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Es geht zunächst um eine neue Software .. das lasse ich mal aus .. nur damit Ihr den nächsten Absatz versteht.
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Danilo Rezende, Mitarbeiter des Deep-Mind-Projekts, erklärt die
Vorgehensweise der Software folgendermaßen: »Der Algorithmus verändert
die Parameter seines Vorhersagemodells so, dass er weniger überrascht
ist, wenn er das nächste Mal auf die gleiche Situation stößt.«
Neurowissenschaftler vermuten schon seit Längerem, dass unser Gehirn auf
ähnliche Weise funktioniert. Eine Vermutung, von der sich auch das
GQN-Team hat inspirieren lassen. Dieser Theorie des »Predictive Coding«
zufolge erzeugt das Gehirn auf allen Ebenen seiner kognitiven Prozesse
Modelle, die beschreiben, was gerade auf der nächstniedrigeren Ebene vor
sich geht. Diese Modelle übersetzt es in Vorhersagen darüber, was es in
einer bestimmten Situation erleben wird. So liefert es die beste
Erklärung für das, was geschieht: Es sorgt dafür, dass die Erfahrung
Sinn ergibt.
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Anschließend werden die Vorhersagen als Feedback in die sensorischen
Areale des Gehirns heruntergereicht. Dort vergleicht es seine
Vorhersagen mit den tatsächlichen Sinneseindrücken. Um die Ursachen für
Abweichungen und Vorhersagefehler zu »erklären«, benutzt es wiederum
interne Modelle. Unser internes Modell für einen Tisch könnte
beispielsweise ein Ding aus Oberfläche mit vier Beinen beschreiben.
Trotzdem erkennen wir einen Tisch selbst dann noch, wenn wir nur zwei
Beine sehen, weil uns etwas die Sicht versperrt.
Vorhersagefehler,
die so nicht erklärt werden können, leitet das Gehirn an höhere Ebenen
des Netzwerks weiter – und zwar nicht als »Feedback«-, sondern als
»Feedforward«-Signal. Dort werden sie mit besonderer Priorität
behandelt.
»Es geht dann darum, die internen Modelle so anzupassen, dass der
Vorhersagefehler unterdrückt wird«, erklärt Karl Friston vom University
College London. Er ist renommierter Neurowissenschaftler und einer der
Pioniere der Predictive-Coding-Hypothese.
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Seit gut zwei Jahrzehnten wächst die Zahl der Kognitionswissenschaftler,
Philosophen und Psychologen, die im Predictive Coding ein überzeugendes
Modell der Wahrnehmung sehen. Manche wagen sich sogar noch einen
Schritt weiter: Ihnen liefert das Predictive Coding gar den Ansatz für
eine allumfassende Theorie der Funktionsweise unseres Gehirns. Erst seit
Kurzem hat die Forschung überhaupt das Handwerkszeug, um spezifische
Vorhersagen der Hypothese zu testen. Mehrfach wurde sie dabei schon
eindrucksvoll bestätigt. Dennoch bleibt sie umstritten – abzulesen an
der aktuellen Debatte darüber, ob einige der vermeintlich
richtungsweisenden Resultate überhaupt einer genaueren Überprüfung
standhalten.
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Es kommen dann ne ganze Menge Tests und Beispiele .. ich lasse das alles mal weg .. bitte in Link selbst Nachlesen bei Interesse.
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Eine Graphik aus dem Text:
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Im Jahr 1982 erkannten Forscher, dass sich dieses Prinzip wunderbar in
der Hirnforschung nutzen lassen könnte. Es liefert nämlich eine
Erklärung dafür, wie Neurone in der Netzhaut Informationen über visuelle
Reize codieren und durch den Sehnerv schicken. Außerdem wusste man
bereits, dass das Belohnungssystem des Gehirns auf ähnliche Weise
arbeitet: Dopaminneurone codieren hier die Diskrepanz zwischen einer
erwarteten und der tatsächlichen Belohnung. Solche Prognosefehler helfen
Tieren, ihre Erwartungen an künftige Ereignisse anzupassen und so
bessere Entscheidungen zu treffen.
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Einige Forscher versuchen nun zu zeigen, dass Predictive Coding auch
in Bereichen außerhalb der Wahrnehmung und Motorik relevant ist. Sie
wollen den Vorhersagemechanismus als Grundlage aller Vorgänge im Gehirn
etablieren. »Er gibt uns eine Art Baukasten, mit dem ganz
unterschiedliche Verarbeitungsstrategien zusammengesetzt werden können«,
erklärt Clark. Jede Hirnregion könnte so ihre jeweils eigene Art von
Vorhersage produzieren.
Karl Friston und andere Forscher denken, dass dies auch für höhere
kognitive Prozesse einschließlich der Aufmerksamkeit und
Entscheidungsfindung gelte. Jüngste Simulationen des präfrontalen Kortex
legen etwa nahe, dass das Predictive Coding eine Rolle beim Arbeitsgedächtnis und zielorientierten Verhalten
spielt. Einige Wissenschaftler vermuten sogar, dass auch Emotionen auf
dem Predictive Coding beruhen: Sie könnten Zustände sein, die Gehirne
erzeugen, um Vorhersagefehler über interne Signale wie Körpertemperatur,
Herzfrequenz oder Blutdruck zu minimieren. Bei emotionaler Aufregung
etwa weiß das Gehirn sofort, dass sich all diese physiologischen
Faktoren ändern. So entsteht womöglich auch das Konzept des Selbst.
Die meisten aktuellen Arbeiten zum Predictive Coding konzentrieren sich
heute auf den Bereich Neuropsychiatrie und Entwicklungsstörungen. »Wenn
das Gehirn eine Schlussfolgerungsmaschine ist, ein Organ der Statistik,
dann wird es auch die gleichen Fehler machen wie ein Statistiker«, sagt
Friston. Das bedeutet, es wird gelegentlich falsche Schlüsse ziehen,
also zu viel oder zu wenig Gewicht auf Vorhersagen oder Vorhersagefehler
legen.
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Auf diese Weise könnte man einige Merkmale des Autismus als die
Unfähigkeit des Gehirns verstehen, Fehler in der Vorhersage sensorischer
Signale auf der untersten Ebene der Verarbeitungshierarchie zu
ignorieren. Die Betroffenen würden viel zu viel Gewicht auf
Sinneserfahrungen legen, ein Bedürfnis nach Wiederholung und
Vorhersehbarkeit erzeugen und eine besondere Empfänglichkeit für
bestimmte Illusionen mit sich bringen. Bei der Schizophrenie könnte das
Gegenteil der Fall sein: Legt das Gehirn den Fokus zu stark auf die
eigenen Vorhersagen und nicht ausreichend auf die Sinnesdaten, kommt es
zu Halluzinationen. Experten mahnen jedoch zur Vorsicht: Autismus und
Schizophrenie seien viel zu kompliziert, um auf eine einzige Erklärung
oder einen einzigen Mechanismus reduziert zu werden.
»Die größte Tragweite hat dabei die Erkenntnis, wie anfällig unsere
mentale Funktion für Fehler ist«, sagt Philip Corlett, ein klinischer
Neurowissenschaftler an der Yale School of Medicine. Zur Demonstration
pflanzte sein Team gesunden Probanden falsche Überzeugungen ein und ließ
sie Dinge »halluzinieren«, die sie zuvor wahrgenommen hatten. Konkret
konditionierte Corletts Team die Freiwilligen darauf, einen Ton mit
einem visuellen Muster zu assoziieren. Nach der Konditionierung hörten
sie dann auch den Ton, selbst wenn nur das visuelle Muster präsentiert
wurde: eine Illusion, die durch eine erlernte Überzeugung ausgelöst
wird. Nun versuchen Corlett und seine Mitarbeiter herauszufinden, wie es
funktioniert, dass sich solche Überzeugungen in der Wahrnehmung
niederschlagen. »Mit den Studien haben wir einen ersten Beweis dafür
geliefert, dass Wahrnehmung und Kognition nicht getrennt arbeiten«, sagt
Corlett. »Neue Überzeugungen können antrainiert werden, und dann
verändern sie, was man wahrnimmt.«
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Predictive Coding »ist für die Neurowissenschaft so wichtig wie
Evolution für die Biologie«, sagt Lars Muckli von der University of
Glasgow, der sich intensiv mit der Theorie auseinandergesetzt hat.
Bislang aber, findet Sprevak, »ist das letzte Wort noch nicht
gesprochen«.
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Hier noch ein zweiter Text zum gleichen Thema .. für alle, die noch weiterlesen möchten, um das alles besser verstehen zu können.
https://www.nzz.ch/feuilleton/zeitgeschehen/predictive-coding-ich-denke-also-mache-ich-voraussagen-ld.124444
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Ich persönlich fühlte mich deshalb von diesem Text so angesprochen, weil ich schon so oft das Gefühl hatte, bestimmte Dinge werden irgendwann passieren, die dann später auch wirklich passiert sind.
Ich dachte immer, gibt es uns mehr als einmal und haben wir vieles vielleicht schön früher in einem anderen Universum, wo wir auch waren, schon erlebt .. ist das eine Form von Erinnerung?
Wenn das Gehirn aber in der Lage ist, grundsätzlich Prognosen für die Zukunft zu machen, dann sind solche "Vorhersagen" vielleicht ganz normal und einfach eine Form von der Fähigkeit, besonders logisch denken zu können.
LG
Renate
