Heb je ooit gewenst dat je superkrachten had, bijvoorbeeld om de toekomst te kunnen voorspellen? Wat als we je zouden vertellen dat je dat altijd al doet? Zelfs nu! Op dit moment is je brein aan het proberen te voorspellen wat de volgende sensorische stimulus is die je te verwerken gaat krijgen, maar ook hoe je die stimulus moet interpreteren. Hoe werkt dat dan? Marvin legt het uit.

De wereld is complex, vol met verassingen, verborgen verbanden en onzekerheden. Gelukkig maar dat we allemaal een hele krachtige computer in ons hoofd hebben om hiermee om te kunnen gaan. Je kunt over de hersenen denken als een voorspelmachine: het brein leert over de wereld, bouwt interne modellen op, leidt hier verbanden uit af en gebruikt al deze kennis om precieze voorspellingen te maken over wat je gaat voelen, zien, proeven, ruiken of horen. Veel wetenschappers proberen uit te vinden hoe het brein dat eigenlijk doet. Tot ongeveer 10 jaar geleden hadden ze eigenlijk geen idee. Iedereen had wel wat stukjes van de puzzel, bijvoorbeeld over kleurenwaarneming of stemherkenning. Maar het leek alsof die stukjes onmogelijk bij dezelfde puzzel konden horen. Maar wat als alle processen in ons brein op dezelfde manier werken?
Dit was de start van het Hierarchical Predictive Coding model: alle processen in je brein gebruiken hetzelfde voorspellende principe. Er is nu heel wat bewijs dat deze theorie echt juist lijkt te zijn. Dus, hoe werkt het?

SuperBrain
Foto: Allan Ajifo via Flickr

De centrale achterliggende assumptie van het Hierarchical Predictive Coding model is dat de hersenen – gebaseerd op eerdere ervaringen met de wereld – continu proberen te voorspellen wat de volgende stimulus zal zijn die ze te verwerken krijgen. Dit proces is hiërarchisch: we kunnen voorspellingen onderscheiden op verschillende levels van algemeenheid. Aan de ene kant maakt het brein predicties over toekomstige input (top-down stroom), aan de andere kant maakt het inferenties gebaseerd op die sensorische input (bottom-up stroom). Laten we beginnen bij de top-down processen.

Voorspellingen worden initieel op het hoogste niveau van de hiërarchie gevormd (het meest abstracte level, bijvoorbeeld over de intenties van anderen) en continu ‘naar beneden gestuurd’. Ze worden steeds specifieker en gedetailleerder, totdat ze uiteindelijk de rauwe sensorische input voorspellen.

Als je bijvoorbeeld een post leest van je favoriete blogger, voorspelt je brein op ieder moment wat de volgende zin zal zijn. De voorspelling begint op de top van de hiërarchie: je hebt bepaalde veronderstellingen over de schrijver, weet hoe hij of zij over de wereld denkt, en je kan je eenvoudig voorstellen wat hij of zij wel of juist niet zal zeggen. Deze predictie wordt dan overgezet naar een meer specifieke predictie: je voorspelt niet alleen waarover de zin ongeveer zal gaan, maar je weet welke woorden er gebruikt zullen worden. Op een nog specifieker level wordt je visuele systeem ingeschakeld: je gaat voorspellen hoe specifieke woorden eruit zullen zien op je computer scherm. En op het allerlaatst voorspelt je brein hoe het licht dat op je retina valt zal worden verdeeld.

Oke, dat klinkt allemaal leuk en aardig, maar wat gebeurt er als je brein een foutje maakt?

Een van de belangrijkste componenten van de hierarchical predictive coding theory is de notie van prediction error: een verkeerde voorspelling. Hier komt bottom-up processing ter sprake. Je hersenen voorspellen niet alleen wat je zult gaan zien, horen, ruiken of voelen, maar interpreteren deze informatie ook ten opzichte van meer abstracte levels. Een geluidsgolf wordt op een meer abstract level geïnterpreteerd als een woord, bijvoorbeeld.

Op ieder niveau worden voorspellingen vergeleken met observaties. Soms worden er dan fouten in de voorspelling gedetecteerd. Die fouten kunnen worden gebruikt om je model van de wereld aan te passen. Dus als jij verwacht dat jouw favoriete blogger iets specifieks zal zeggen, maar ze schrijft het tegenovergestelde, past je brein zich daarop aan zodat je er de volgende keer op voorbereid bent!

Dus onthoud, iedere keer als je iets niet helemaal snapt of niet kan volgen: het ligt niet aan jou! Het betekent gewoon dat je verkeerde verwachtingen had, en dat je verwachtingen nu een update krijgen. En we weten allemaal dat updates best wat tijd in beslag kunnen nemen!

Geschreven door: Marvin Uhlmann
Vertaald door: Lotte Schoot

Advertenties