Voorspellende Verwerking, oftewel Predictive Processing, is een recent raamwerk in de neurowetenschap dat onze perceptie interpreteert als een actief onderhouden voorspelling van onze sensorische input. Dit contrasteert met oudere opvattingen, waarbij perceptie werd gezien als het passief verwerken van sensorische input alleen. Het raamwerk stelt dat perceptie eerder een gecontroleerde hallucinatie is die voortdurend wordt bijgesteld op basis van sensorische gegevens. In dit artikel licht ik dit toe en noem ik het verband tussen dit raamwerk en de psychiatrie, Actieve Inferentie en het Vrije Energie Principe.
‘Perceptie is onbewuste gevolgtrekking’ – Helmholtz (1867).
Volgens de Bayesiaanse Brein-hypothese onderhoudt het brein een kansmodel die waarschijnlijkheden toekent aan verschillende mogelijke toestanden van de wereld. Deze kansen worden dan optimaal bijgesteld aan de hand van inkomende sensorische data. Deze optimale manier van bijstellen is binnen kansrekenen bekend als de regel van Bayes. Vervolgens stelt het raamwerk dat het brein werkt via een hiërarchisch systeem waarbij de hogere hersengebieden (zoals de prefrontale cortex) voorspellingen doen over de activiteit in de lagere hersengebieden (zoals de visuele cortex). Deze voorspellingen worden top-down naar de lagere niveaus gestuurd, die vervolgens worden geanalyseerd op mogelijke afwijkingen. Als de werkelijke sensorische input niet overeenkomt met de voorspellingen, ontstaan er zogenaamde “voorspellingsfouten”, die vervolgens weer naar boven worden gezonden om het model aan te passen met als doel de volgende sensorische data beter te voorspellen.
Binnen het raamwerk van Voorspellende Verwerking wordt er dus onderscheid gemaakt tussen twee belangrijke informatiestromen. Ten eerste, de top-down voorspellingen: hierbij sturen de hogere hersengebieden signalen naar de lagere hersengebieden om verwachtingen te communiceren over de verwachte input. Deze verwachtingen zijn gebaseerd op eerdere ervaringen en context en de verandering hiervan wordt leren genoemd. Ten tweede, de bottom-up voorspellingsfouten. Wanneer de werkelijke input afwijkt van de verwachtingen, wordt er een foutsignaal doorgegeven naar de hogere hersengebieden om het model aan te passen. Dit betekent dus dat alleen de voorspellingsfouten en niet de gehele sensorische data verwerkt wordt. Dit is evolutionair verklaarbaar, omdat het aanzienlijk efficiënter is.
Een eenvoudig voorbeeld is wanneer je ’s ochtends naar je auto loopt en je verwacht dat deze op zijn gebruikelijke plek staat. Als de auto er niet is (bijvoorbeeld omdat hij is verplaatst), ontstaan er voorspellingsfouten. Je brein zal vervolgens haar overtuigingen moeten herzien van waar je auto zich zou moeten bevinden, zodat je de verandering in je omgeving begrijpt en je gedrag hierop aanpast.
Niet alle voorspellingsfouten worden even belangrijk geacht. Het brein besteedt meer energie aan fouten die potentieel belangrijk of risicovol zijn. Dit mechanisme van “precisieweging” houdt in dat het brein bepaalt welke afwijkingen prioriteit krijgen bij het aanpassen van het model. In situaties waarbij de voorspellingsfout als relevant wordt gezien, zoals bij gevaar of onverwachte belangrijke gebeurtenissen, zal het brein sneller en krachtiger haar model bijwerken.
Een voorbeeld hiervan is wanneer je in een druk café bent en iemand je naam roept. Je brein filtert de achtergrondgeluiden, zoals gesprekken van andere mensen, en focust zich op de onverwachte en relevante prikkel: het horen van je naam. Dit wordt mogelijk gemaakt door de precisieweging, waarbij geluiden die niet overeenkomen met je verwachtingen als meer belangrijk worden beschouwd dan de rest van de omgevingsgeluiden.
Het principe van precisieweging is nauw verbonden met het mechanisme van aandacht. Het brein selecteert welke signalen prioriteit krijgen voor het bijwerken van haar model van de wereld. Dit betekent niet alleen dat je hersenen filteren welke sensorische informatie belangrijk is, maar ook dat ze zich kunnen concentreren op de meest relevante informatie, terwijl ze irrelevante of verwachte informatie negeren.
Voor de psychiatrie wordt het falen van het precisiemechanisme steeds meer gezien als de beste verklaring voor fenomenen zoals schizofrenie, hallucinaties, overprikkelingen en nog veel meer. Om terug te komen bij het drukke café, niet iedereen lukt het om de onbelangrijke informatie te filteren. Dit is wat het betekent om overprikkeld te zijn. En soms gebeurt het juist dat je brein zonder oorzaak bepaalde dingen erg verrassend en belangrijk gaat vinden waardoor je, als eeuwig voorspellend wezen, genoodzaakt bent om voorspelling hiervoor te vinden. Hierdoor zal het brein erg uit de weg liggende overtuigingen ontwikkelen ter voorspelling van je ervaring. Dit is kenmerkend voor schizofrenie. Of je brein hecht te weinig waarde aan inkomende data, waardoor overtuigingen niet weerlegd worden. Dit gebeurt als je hallucineert.
In Actieve Inferentie worden handelingen gezien als een manier om verrassingen te verminderen. Met andere woorden: wanneer je brein voorspelt dat je een bepaalde actie zult uitvoeren, en omdat je van nature streeft naar het minimaliseren van verrassingen, reageert je lichaam door die actie daadwerkelijk uit te voeren. Dit zorgt ervoor dat de sensorische input overeenkomt met de verwachting van je brein. Actieve Inferentie ziet dus perceptie en actie als twee manifestaties van hetzelfde, datgene om verrassing te minimaliseren.
Het Vrije-Energie Principe verklaart waarom ons brein een intern kansmodel bijhoudt. Kort gezegd: iets kan alleen blijven bestaan als het zichzelf in stand weet te houden. Aangezien elk fysiek systeem onderhevig is aan entropie – de natuurlijke neiging tot wanorde – moeten levende wezens, waaronder jij en ik, zich actief verzetten tegen deze wanorde om hun structuur en functioneren te behouden. Om dit te doen moeten we willekeurige fluctuaties, waar ons systeem aan onderwerpen wordt, kunnen anticiperen. Dit noodzaakt dat er een intern kansmodel wordt bijgehouden.
Ter conclusie, de theorie van Voorspellende Verwerking biedt een nieuwe manier om perceptie begrijpen. In plaats van perceptie te zien als een passieve verwerking van zintuiglijke informatie, suggereert het dat perceptie actief wordt opgebouwd door het brein op basis van voorspellingen die voortdurend worden aangepast door voorspellingsfouten. Dit dynamische proces stelt ons in staat om efficiënt en effectief met de wereld om ons heen om te gaan, door ons brein continu te sturen op basis van ervaring en verwachtingen.