Come il cervello prevede cosa succederà dopo
Il nocciolo di questa capacità, il modo il cervello prevede cosa succederà dopo, avviene attraverso un meccanismo altamente sofisticato noto come elaborazione predittiva o codifica predittiva.
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Il sorprendente segreto della nostra esistenza efficiente è che il nostro cervello non è un ricevitore passivo di dati, ma un previsore attivo e instancabile; è un magnifico sistema di modellazione interna che anticipa continuamente le informazioni sensoriali in arrivo.
Questa prospettiva rivoluzionaria nella neuroscienza moderna riformula la percezione stessa, allontanandoci da un modello puramente reattivo verso uno proattivo e lungimirante che plasma fondamentalmente la nostra realtà.
Come fa il cervello a generare previsioni continue?
In ogni singolo momento, il cervello formula la migliore ipotesi sullo stato del mondo utilizzando un modello gerarchico interno basato sulle esperienze passate.
Questa generazione costante di ipotesi a diversi livelli corticali è una scorciatoia computazionale cruciale.
Queste previsioni discendenti comunicano attivamente le aspettative dalle aree di elaborazione superiori e più astratte alle aree sensoriali inferiori.
Il cervello lavora instancabilmente per ridurre al minimo le “sorprese”, cercando di creare interazioni fluide e prevedibili con l’ambiente.
Questa minimizzazione delle informazioni inaspettate è la forza trainante di ogni percezione, cognizione e azione.
Se l'input sensoriale effettivo corrisponde alla previsione interna, l'input richiede un'elaborazione minima, risparmiando immense risorse cognitive.
Qual è il ruolo dell'errore di previsione nell'apprendimento?
Quando si verifica una discrepanza tra la previsione top-down del cervello e l'evidenza sensoriale bottom-up, emerge un fenomeno chiamato "errore di previsione".
Questo errore di previsione è la differenza tra aspettative e realtà, ed è l'unica cosa che risale la gerarchia corticale.
Fondamentalmente, l'errore di previsione non è un errore ma un segnale didattico vitale che costringe il modello interno ad aggiornarsi.
Pensate al cervello come a uno scienziato dinamico, in continua evoluzione, che affina continuamente le sue teorie sul mondo.
Questo processo attivo garantisce un apprendimento continuo e un adattamento a nuove circostanze.
Senza questo meccanismo, saremmo sopraffatti dall'enorme quantità di dati sensoriali grezzi e non filtrati che fluiscono.
Perché il cervello prevede costantemente il futuro?
La nostra capacità di anticipare il futuro è un potente vantaggio evolutivo, che ci garantisce velocità ed efficienza.
Sapendo in anticipo cosa dovrebbe accadere, possiamo dedicare attenzione e risorse solo a ciò che è veramente nuovo o sorprendente.
Questa inferenza attiva consente un'azione rapida e adattiva, fondamentale per la sopravvivenza in un mondo complesso e in continua evoluzione.
Questa previsione costante determina non solo ciò che vediamo, ma anche ciò che scegliamo di fare.
Per saperne di più: Il ruolo della mielina nell'apprendimento e nella velocità
L'azione stessa viene vista attraverso la lente dell'elaborazione predittiva, in cui i movimenti sono tentativi di alterare gli input sensoriali per allinearli alle previsioni correnti.
Pertanto, non ci limitiamo a percepire il mondo: cerchiamo attivamente di far sì che le nostre previsioni si avverino.
Elaborazione predittiva nella vita quotidiana: il cervello prevede cosa succederà dopo
Il meccanismo predittivo opera su tutti i livelli dell'esperienza umana, dai movimenti più semplici alle interazioni sociali più complesse.
Il cervello prevede cosa succederà dopo anche quando svolgi un compito banale, come versare un bicchiere d'acqua.
Il tuo sistema motorio invia una "previsione" al tuo sistema sensoriale sulla sensazione e sul peso attesi del bicchiere, precalibrando la tua presa e la tensione muscolare.
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Un esempio lampante di fallimento predittivo è la sensazione che si prova quando si cerca di sollevare un contenitore che si ritiene erroneamente pieno, ma che inaspettatamente è vuoto; si supera la forza necessaria, con il risultato di un movimento a scatti e inaspettato.
Al contrario, un esempio quotidiano di previsione di successo si verifica quando ci si muove con abilità in una strada affollata.
Il tuo cervello prevede continuamente le traiettorie degli altri pedoni, consentendoti di adattare fluidamente il tuo percorso senza dover effettuare calcoli consapevoli, passo dopo passo.
In che modo il modello predittivo del cervello si confronta con le vecchie teorie?
La vecchia visione passiva, "dal basso verso l'alto", suggeriva che le informazioni sensoriali viaggiassero in modo lineare dai sensi ai centri cognitivi superiori per essere elaborate.
Il framework di elaborazione predittiva capovolge questa situazione: si tratta di un modello "dall'alto verso il basso" in cui le previsioni filtrano e vincolano i dati in arrivo.
Questo approccio contemporaneo, ampiamente sostenuto dal neuroscienziato Karl Friston e dal suo lavoro sul principio dell'energia libera, rappresenta un significativo cambiamento di paradigma.
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Friston suggerisce che qualsiasi sistema auto-organizzato, compreso il cervello, agisce per ridurre al minimo l'"energia libera", che è un indicatore di errori di previsione o di eventi sorprendenti.
Il principio dell'energia libera offre una spiegazione unificata per tutto, dalla percezione e attenzione all'azione e all'apprendimento, all'interno di questo unico quadro predittivo.
In che modo questo quadro influenza la ricerca sulla salute mentale? Il cervello predice cosa accadrà dopo.
Il modello di elaborazione predittiva offre approfondimenti approfonditi sulle origini di varie condizioni psicologiche e neurologiche.
Si ritiene sempre più che patologie come l'autismo, la schizofrenia e i disturbi neurologici funzionali comportino uno squilibrio tra il peso attribuito alle convinzioni precedenti e le prove sensoriali in arrivo.
Ad esempio, alcune ricerche suggeriscono che nella schizofrenia gli individui potrebbero dare troppo peso agli errori di previsione, il che porta a un'ipersensibilità agli input inaspettati, che potrebbe manifestarsi come allucinazioni o deliri.
Al contrario, le previsioni a priori forti e inflessibili, ovvero quelle che resistono all'aggiornamento, potrebbero contribuire alla rigidità riscontrata in certi comportamenti ossessivi.
| Condizione | Squilibrio suggerito | Esempio di manifestazione comportamentale |
| Schizofrenia | Eccessiva dipendenza dall'errore di previsione | Sperimentare allucinazioni uditive (l'errore di previsione interno è troppo ponderato). |
| Disturbo neurologico funzionale | Aberranti priori sensomotori | Avere un sintomo (ad esempio, tremore) a causa dell'aspettativa del sintomo. |
| Disturbo dello spettro autistico | Precisione ridotta delle priorità sensoriali | Ipersensibilità a determinati suoni o consistenze (difficoltà a smorzare l'errore di previsione). |
Studi che monitorano l'attività cerebrale, in particolare i segnali della dopamina, confermano l'esistenza di un meccanismo di "errore di previsione della ricompensa".
Circa 80% dei neuroni dopaminergici nel mesencefalo degli esseri umani e dei primati segnalano questo errore di previsione della ricompensa (secondo una revisione del 2017 di Schultz, W.).
Questa è una prova concreta che il cervello utilizza la discrepanza tra ricompense attese e reali per aggiornare il suo modello e guidare l'apprendimento e il comportamento futuri.
Qual è il sistema analogo al cervello predittivo?
Immagina che il cervello sia come un sofisticato sistema di navigazione GPS in un'auto a guida autonoma.
La visione più vecchia e passiva della percezione è come un'auto che reagisce solo agli ostacoli Dopo la telecamera li registra.
Il cervello predittivo, tuttavia, è il GPS: possiede una mappa interna dettagliata del mondo (i suoi precedenti) e anticipa costantemente la strada da percorrere.
Non elabora ogni singolo dato visivo; registra solo errore di previsione—quando la realtà della strada (una deviazione improvvisa o una corsia chiusa) si discosta dalla sua mappa interna.
In questo modo, il sistema può modificare la rotta in modo fluido e rapido. Perché mai dovremmo costruire un sistema che aspetta di essere sorpreso per agire?
Tutta la nostra realtà è un'allucinazione splendidamente controllata, un supposizione informata costruito da il cervello prevede cosa succederà dopo, mettendo costantemente alla prova il suo modello rispetto al flusso incessante della realtà.
Comprendere questo quadro ci consente di considerare i nostri sensi, i nostri movimenti e perfino le nostre patologie come sfaccettature di questo unico, potente e unificato principio.
Domande frequenti
"Predictive Coding" è la stessa cosa di "Predictive Processing"?
Sì, i termini Codifica predittiva ed Elaborazione predittiva sono generalmente usati in modo intercambiabile nei campi delle scienze cognitive e delle neuroscienze.
Entrambi si riferiscono alla teoria secondo cui il cervello è una macchina inferenziale che effettua costantemente previsioni sul suo ambiente e utilizza gli errori di previsione per aggiornare il suo modello interno.
Il cervello predittivo significa che non vediamo la realtà in modo accurato?
Il meccanismo predittivo del cervello implica che la percezione non è una registrazione diretta e passiva della realtà ma un costruzione attiva o "ipotesi informata".
Percepiamo la migliore ipotesi del cervello sulle cause dei suoi input sensoriali, basata su un equilibrio tra le nostre aspettative precedenti e i dati sensoriali in arrivo.
Il concetto secondo cui "il cervello prevede cosa accadrà dopo" è nuovo?
L'idea di base, nota come "inferenza inconscia", risale all'opera ottocentesca di Hermann von Helmholtz.
Tuttavia, il moderno quadro computazionale e neurofisiologico, reso popolare come elaborazione predittiva, è un importante sviluppo del XXI secolo, ampiamente unificato sotto il principio dell'energia libera di Karl Friston.
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