[論文レビュー] The inner screen model of consciousness: applying the free energy principle directly to the study of conscious experience

Maxwell J. D. Ramstead, Mahault Albarracin+5 more|arXiv (Cornell University)|Apr 15, 2023

Neural dynamics and brain function被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、自由エネルギー原理（FEP）を意識体験に直接応用することで、量子情報理論に根ざした自己組織的で階層的な推論プロセスとしての意識を提示する「内側のスクリーンモデル」を提案する。FEPを脳のネストされたホログラフィックな神経解剖学と統合することで、感覚的予測の精度重み付けと能動的推論を通じて、意識的知覚がどのように生じるかを説明し、外的な行動と内省的行動を統合したフレームワークを提供する。

ABSTRACT

This paper presents a model of consciousness that follows directly from the free-energy principle (FEP). We first rehearse the classical and quantum formulations of the FEP. In particular, we consider the inner screen hypothesis that follows from the quantum information theoretic version of the FEP. We then review applications of the FEP to the known sparse (nested and hierarchical) neuro-anatomy of the brain. We focus on the holographic structure of the brain, and how this structure supports (overt and covert) action.

研究の動機と目的

• 自由エネルギー原理（FEP）に直接根ざした神経認知的意識モデルの構築を目的とする。
• 古典的および量子的FEPの形式を統合し、特に量子情報理論に由来する内側のスクリーン仮説を提示することを目的とする。
• 脳の疎で階層的かつホログラフィックな神経解剖学的構造が、能動的推論を通じてどのように意識的知覚と行動を支えるかを説明することを目的とする。
• FEPに根ざした単一の予測処理フレームワークにおいて、外的な行動と内省的行動を統合することを目的とする。

提案手法

• 神経動態に自由エネルギー原理（FEP）を適用し、脳を変分自由エネルギーを最小化するシステムとして扱う。
• 量子情報理論的FEPのバージョンから内側のスクリーン仮説を定式化し、意識体験が量子的類似推論プロセスから生じるとする。
• 外的行動と内的行動の両方を精度重み付けされた予測を通じて支える、階層的・ネスト型・ホログラフィックなシステムとして脳をモデル化する。
• 変分ベイズ推論を用いて、階層的生成モデルにおける感覚入力の予測と更新がどのように行われるかを形式化する。
• FEPを既知の神経解剖学、特に新皮質の層状および柱状組織と統合する。
• 脳の構造が、予測誤差の最小化を通じて驚異を最小化することで、効率的で自己整合的な推論を可能にしていることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 自由エネルギー原理を生物学的に妥当な方法で、意識体験を直接モデル化するためにどのように応用できるか？
• RQ2 量子情報理論に由来する内側のスクリーン仮説は、意識の現象学的側面をどのように説明するか？
• RQ3 脳のホログラフィックで階層的かつ疎な神経解剖学的構造は、予測処理を通じてどのように外的行動と内的行動を支えるか？
• RQ4 自由エネルギー原理は、どのように単一のフレームワークとして知覚、行動、意識的認識を統合するか？
• RQ5 精度重み付けされた予測と階層的推論は、どのように意識体験の主観的質を生じさせるか？

主な発見

• 内側のスクリーンモデルは、階層的推論を通じて自由エネルギーを最小化するプロセスとして意識を位置づけることで、神経生物学的に根ざした意識の説明を提供する。
• FEPの量子情報理論的形式は、意識体験が自己言及的推論プロセスであると解釈できる内側のスクリーン仮説を支持する。
• 脳のホログラフィックでネストされた構造は、効率的で強固でスケーラブルな推論を可能にし、観察された神経動態と整合的である。
• モデルは、外的行動（行動的反応）と内的行動（心的シミュレーション）を、同じ予測符号化メカニズムの結果として説明できる。
• このフレームワークは、変分自由エネルギーの最小化を通じて驚異を最小化するという単一の原理に基づき、知覚、行動、意識を統合する。
• モデルは、意識的体験が孤立した神経的イベントから生じるのではなく、脳の組織の複数のレベルにわたる動的な階層的統合の結果として生じることを示している。