Karl Fristonが提唱している「自由エネルギー原理(free-energy principle = FEP)」について、北大文学部の聴衆を対象にして、物理学や機械学習の知識の前提抜きにして、説明を行い、その意義を説明したものです。FEPの意識研究への応用に向けて、FEPとエナクション説の近接性について強調したものとなっております。
15. Sensorimotor contingency (SMC) constitutes conscious experience
Standard view
Seeing is making
an internal
representation
New view
Seeing is knowing
about things to do
Seeing is an exploratory activity mediated
by the animal’s mastery of sensorimotor contingencies.
O'Regan, J. K. & Noë, A.
A sensorimotor account of vision and visual consciousness.
Behav Brain Sci 24, 939–73– discussion 973–1031 (2001).
図はJ. Kevin O’Reganのトーク原稿より。
http://nivea.psycho.univ-paris5.fr/ASSChtml/Pacherie4.html
17. Strong / weak SMC
Weak SMC: 穏健派 (e.g., Andy Clark)
「知覚、認知、行動は体、環境のことを考慮せずには理解する
ことが出来ない」
Strong SMC: 過激派 (e.g., O’Reagan)
「あらゆる種類の内的表象を用いた説明は間違っており、非-
表象主義的な語彙が必要である」
Seth, A.K. (2015). The cybernetic Bayesian brain: from interoceptive
inference to sensorimotor contingencies. In Open MIND, eds. T.
Metzinger & J. Windt. Frankfurt a.M., GER: MIND group
18. (1) Dream argument:
“During dreaming, we have no action but still have
an experience.
Action is not necessary for an experience.”
Noë, A. (2004).
Action in Perception. Representation and Mind.
Cambridge, MA: The MIT Press
A: Clarification needed:
What is necessary is not ongoing action
but acquired sensorimotor skill or knowledge.
Criticism against SMC
19. Criticism against SMC
(2) Historical explanation (= pre-requisite)
or Ongoing causal explanation?
Tinbergen's four questions
Historical
explanation
Explanation
(ongoing)
Individiual
Ontogeny
(development)
Mechanism
(causation)
Species
Phylogeny
(evolution)
Function
(adaptation)
20. Criticism against SMC
Tinbergen's four questions
Historical
explanation
Explanation
(ongoing)
Individiual
Ontogeny
(development)
Mechanism
(causation)
Species
Phylogeny
(evolution)
Function
(adaptation)
IIT
SMC
(2) Historical explanation (= pre-requisite)
or Ongoing causal explanation?
21. Criticism against SMC
(3) No computational model
=> FEP as a theory of consciousness
Tinbergen's four questions
Historical
explanation
Explanation
(ongoing)
Individiual
Ontogeny
(development)
Mechanism
(causation)
Species
Phylogeny
(evolution)
Function
(adaptation)
IIT
SMC
(2) Historical explanation (= pre-requisite)
or Ongoing causal explanation?
24. Perceptions as hypotheses: saccades as experiments.
Friston K, Adams RA, Perrinet L, Breakspear M.
Front Psychol. 2012 May 28;3:151.
自由エネルギー原理 (FEP)
75. Brain circuits for the internal monitoring of movements.
Sommer MA, Wurtz RH.
Annu Rev Neurosci. 2008;31:317-38.
Pre-saccadic remapping
反実仮想的な将来の予測の生成は
神経生理で知られている
pre-saccadic remappingの現象と整合的。
図は省略
76. 1) Perceptual inference (predictive coding)
2) Active inference (sensorimotor contingency)
3) Action selection with counter-factual prediction
What is FEP?
77. Perceptions as hypotheses: saccades as experiments.
Friston K, Adams RA, Perrinet L, Breakspear M.
Front Psychol. 2012 May 28;3:151.
自由エネルギー原理 (FEP)は本当はもっと複雑
(1) x,sは時間的なシークエンス
(2) 視覚サリエン
スが高い = そこを
見ればqのエント
ロピーを最小化す
る場所
(4) Control state u(x)によって運動aを計画
(3) 視覚サリエンス
が高い場所が
hyperpriorになる。
80. 脳の中でどのようにしてFEPが実現しているか
Friston K, Kiebel S. (2009) Predictive coding
under the free-energy principle. Philos Trans
R Soc Lond B Biol Sci. 364(1521):1211-21.
階層構造を用いた予測符号化
92. 「生成モデル」の変化によるFの最小化
話を単純にするため の場合を考えると
生成モデル g(x) = kx のkはシナプスの重みとして表現されて
いる。
g(x) = kx
k
k
✏s ✏p✏s =
s − g(x)
σs
✏p =
x − xp
σp
1xs
σs σp
xp11
1
Bogacz R (2017)
J Math Psychol, 76(Pt B): 198-211.を元に作成
93. 「生成モデル」の変化によるFの最小化
生成モデル g(x) = kx は
シナプス可塑性によって
変化することで
Fを最小化する。
(発達や進化)
@F
@k
=
@F
@g
@g
@k
=
s − g(x)
σs
x = ✏sx
(3)式をkで偏微分する。
F =
1
2
(ln σs + ln σp +
(s − g(x))2
σs
+
(x − xp)2
σp
) + C ・・・(3)
シナプス前(x)後(e_s)
の活動で可塑的変化。
✏s ✏p
1xs
σs σp
k
k
94. Cortical circuits for perceptual inference
Friston K. (2005 ) A theory of cortical responses.
Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 360(1456):815-36.
95. Cortical circuits for perceptual inference
Friston K, Kiebel S. (2009) Predictive coding
under the free-energy principle. Philos Trans
R Soc Lond B Biol Sci. 364(1521):1211-21.
102. FEPと存在感 (「反実仮想的な豊かさ」)
Perceptual presence (存在感)
知覚のcontentが主観的にリアルであると感じること、存在
していると感じること。
たとえば、トマトを見たとして、、見えない面も確かに存
在していると感じるのはなぜか?
存在感の大きさはFEPがどの程度まで深く反実仮想をできるか
(couterfactual richness)によって決まる。
FEPでは、トマトの見えていない部分も含めた上で、これ
に手を伸ばして掴んだり、引き寄せて裏側を見る、といっ
た潜在的な行動が可能(counterfactual)であるということ
が、トマトの裏面をawareしているということになる。
Seth, A.K. (2015). The cybernetic Bayesian brain: from interoceptive
inference to sensorimotor contingencies. In Open MIND, eds. T.
Metzinger & J. Windt. Frankfurt a.M., GER: MIND group
103. FEPと意識(「時間的な厚み」)
Karl Friston (2017) The mathematics of mind-time. (An
essay on the Aeon web site) https://aeon.co/essays/
consciousness-is-not-a-thing-but-a-process-of-inference
将来の感覚入力sとその原因xの推定には
実際に行わなかった行動aによってどのように感覚入力s
とその原因xが起きるかを予測する
反実仮想的な推論が必要になる。
Temporal thickness(時間的な厚み): 将来への予測、そし
て過去の結果への後付的な予測(postdiction)
「意識が生まれる」のは、外界についてのサプライズを
最小化するinferenceが「実行されていない行動が引き起
こす未来の感覚入力sとその原因xについての反実仮想的
な推測」を持つことができるような「時間的厚み」を持っ
ているときだ。
105. Standard view
Seeing is making
an internal
representation
New view
Seeing is knowing
about things to do
Seeing is an exploratory activity mediated
by the animal’s mastery of sensorimotor contingencies.
O'Regan, J. K. & Noë, A.
A sensorimotor account of vision and visual consciousness.
Behav Brain Sci 24, 939–73– discussion 973–1031 (2001).
図はJ. Kevin O’Reganのトーク原稿より。
http://nivea.psycho.univ-paris5.fr/ASSChtml/Pacherie4.html
FEPはSMCと整合的である
107. SMCとFEP
FEPにおける
生成モデルp: 世界についての知識
推測q: イマココの志向的対象 - 世界についての表象
SMCにおける感覚運動的知識への習熟とは
生成モデルp(x,s)の確立、維持と表現できる。
主体外部世界
感覚入力
s
行動
a
外部世界の
原因 x
p(x,s)
現在の推測
q(x|b)
生成モデル
推測
例: 網膜の
神経活動
直接は
アクセス
不可能
例: 目を向ける
例: 蝶
脳活動
b
108. Standard view
Seeing is making
an internal
representation
New view
Seeing is knowing
about things to do
Seeing is an exploratory activity mediated
by the animal’s mastery of sensorimotor contingencies.
O'Regan, J. K. & Noë, A.
A sensorimotor account of vision and visual consciousness.
Behav Brain Sci 24, 939–73– discussion 973–1031 (2001).
図はJ. Kevin O’Reganのトーク原稿より。
http://nivea.psycho.univ-paris5.fr/ASSChtml/Pacherie4.html
FEPは表象主義とも整合的である
120. FEPとSMCの関係
Active inferenceは反実仮想的なpredictive processing
「まだ実行されていない潜在的なaction」について
のsensory inputとprecisionの期待値を脳がencode
している
でもこれまでのFEP (Friston et al 2012)ではhigher-
order priorはある時点ではひとつのperceptual
predictionしかもっていない。(ひとつの仮説の確証
<=> モデル選択)
Seth, A.K. (2015). The cybernetic Bayesian brain: from interoceptive
inference to sensorimotor contingencies. In Open MIND, eds. T.
Metzinger & J. Windt. Frankfurt a.M., GER: MIND group
121. Perceptions as hypotheses: saccades as experiments.
Friston K, Adams RA, Perrinet L, Breakspear M.
Front Psychol. 2012 May 28;3:151.
自由エネルギー原理 (FEP)は本当はもっと複雑
x,sは時間的なシークエンス
視覚サリエンス
が高い
= そこを見れば
qのエントロピーを
最小化する場所
Control state u(x)によって運動aを計画
132. 参考文献
Friston K, Adams RA, Perrinet L, Breakspear M. (2012) Perceptions as hypotheses:
saccades as experiments. Front Psychol. 3:151. (視線移動のモデル及び反実仮想の概
念の初出)
McGregor, Simon; Baltieri, Manuel; Buckley, Christopher L. (2015) A Minimal Active
Inference Agent. arXiv:1503.04187 https://arxiv.org/abs/1503.04187 (このスライドの
説明の元ネタ。離散バージョンのFEPの説明などがあり、これがもっともわかりやす
い。)
Bogacz R (2017) A tutorial on the free-energy framework for modelling perception and
learning. J Math Psychol, 76(Pt B): 198-211. (予想符号化パートの元ネタ)
Buckley, Christopher L.; Kim, Chang Sub; McGregor, Simon; Seth, Anil K. (2017) The
free energy principle for action and perception: A mathematical review. arXiv:
1705.09156 (省略無しで丁寧な説明。)
Friston, K. (2010). The free-energy principle: a unified brain theory? Nature Reviews
Neuroscience, 11(2), 127–138. (FEPの全体像について網羅的な記述)
Friston K, Rigoli F, Ognibene D, Mathys C, Fitzgerald T, Pezzulo G. (2015) Active
inference and epistemic value. Cogn Neurosci. 2015;6(4):187-214. (視線移動を
epistemic valueと捉えて、他のvalueと対置して扱っている)
Ryota Kanai (2017) Creating Consciousness. https://www.slideshare.net/ryotakanai/
creating-consciousness (FEPの反実仮想についての言及あり。)