導語

由「萬物解釋者」、倫敦大學學院教授卡爾·弗里斯頓（Karl Friston） 基於著名的「自由能原理」（Free Energy Principle）搭建的預測加工框架，旨在為認知神經科學、認知心理學、認知機器人學，或一切無法繞開認識論前提的實證科學分支提供心智現象的通用機制。哲學家與認知科學家安迪・克拉克（Andy Clark） 將這套雄心勃勃的框架與富有說服力的具身認知相關見解結合起來，試圖為心智現象描繪一套真正意義上的 「大一統理論」。《預測算法：具身智能如何應對不確定性》這部開創性的著作或許將一舉終結身體與心靈的亙古之謎。

1. 自下而上，與自上而下的信息加工

當我和一位同事閒聊片刻後重新進入辦公室，覺知到待在桌上的那杯熱咖啡時，發生了些什麼事？一種可能是：我的大腦接收到一系列視覺信號（為了簡單起見，想像一個被激活的像素陣列），這些信號快速地確定外界事物的一些基本特征，如線條、邊緣和色塊。然後，這些基本特征得到前饋、逐步積累並（在適當的情況下）結合在一起，產生層級越來越高的信息類型，最終被編碼為形狀和關系。這些形狀與關係在某一時刻激活了我們的知識儲備，感覺由此被轉化為知覺，於是我們看見了一只造型復古而不失時髦的綠色馬克杯，里面盛滿了熱氣騰騰的美味咖啡。盡管對這個模型的描述極為簡練，它還是准確地反映了某種傳統的認知科學取向，這種取向將知覺描述為「自下而上」（bottom-up）的、累積式的特征檢測過程。

這里有一個備選方案。在我重新走進房間時，我的大腦已經提前形成了一套包含「咖啡-辦公室關聯」的複雜預期。當我瞥向桌面，幾條經過快速處理的線索引發了一系列視覺加工，傳入感知信號（它們被稱為「驅動信號」或「自下而上的信號」）與一連串自上而下，以及橫向傳遞的預測相遇，後者對應這個小小的世界最大概率的狀態。預測的流動反映了嗡嗡作響、持續進行的積極神經處理過程，其下行方向則有助於搶先確定相關視覺加工（及其他）路徑上不同的神經元集群可能的激活模式。

伴隨著我們在現實環境中不同類型的活動，下行及橫向預測將涉及寬廣的范圍，而非僅限於形狀和顏色等簡單的視覺特征——正如我們即將在後續章節中談到的，它將涵蓋大量多模態聯想，並將與運動和情感相關的複雜預測糅合進來。多重雙向信號快速交互、熱情共舞，一旦下行「猜測」發生錯誤，由此產生的誤差信號將橫向或向上傳播，以提高後續預測的質量。當預測流對傳入信號的解釋足夠合理之時，關於視覺對象的知覺就產生了。這一過程在多重時空尺度上不斷展開，系統自行生成傳入感知信號，並將其與現實刺激進行匹配，在匹配成功時，我們就經驗到了結構化的視覺場景。

這就是我們覺知那杯咖啡的方式，其基本假設正應了那句老話：知覺是受控的幻覺。這是個相當奪人眼球的說法，盡管它也有些曲解了事實真相（見第6章）。形象地說，我們的大腦致力於猜測「外頭什麼情況？」——而知覺就產生在這種猜測與實際傳入的信號彼此相符之時。

（原題：大腦如何為世界建模？從無監督學習到預測加工｜《預測算法》，作者：Andy Clark；譯者：劉林澍2024-03-23 原載：https://swarma.org）

集智俱樂部「自由能原理與強化學習讀書會」旨在探討自由能原理、強化學習世界模型，以及意識的預測加工理論等前沿交叉問題，探索這些不同領域背後蘊含的感知和行動的統一原理。讀書會由北京師范大學系統科學學院博士生牟牧雲，南京航空航天大學副教授何真，以及公眾號 CreateAMind 主編、驥智智能科技算法工程師張德祥共同發起，從3月10日開始，每周日上午10:00-12:00，本周日讀書會的主題是「自由能原理前沿進展」，歡迎感興趣的朋友和我們一起探索！研究領域：預測加工理論，世界模型，聯結主義系統，多層架構學習，多層預測編碼，概率生成模型