[논문 리뷰] The inner screen model of consciousness: applying the free energy principle directly to the study of conscious experience

Maxwell J. D. Ramstead, Mahault Albarracin외 5명|arXiv (Cornell University)|2023. 04. 15.

Neural dynamics and brain function인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 자유 에너지 원리(Free Energy Principle, FEP)를 의식 경험에 직접 적용한 '의식의 내부 스크린 모델'을 제안하며, 의식을 양자 정보 이론에 뿌리를 두고 있는 자기조직화되고 계층적인 추론 과정으로 프레임워크화한다. FEP를 뇌의 중첩되고 허무상적인 신경해부학과 통합함으로써, 의식적 지각이 감각 예측의 능동적 추론과 정밀도 가중치를 통해 어떻게 발생하는지를 설명하며, 외부 행동과 암묵적 행동을 통합하는 프레임워크를 제공한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 자유 에너지 원리(Free Energy Principle, FEP)에 직접 기반한 신경인지 모델을 개발하는 것.
• 특히 양자 정보 이론에서 유도된 내부 스크린 가설을 포함하여 고전적 및 양자적 FEP 수식을 융합하는 것.
• 뇌의 희소하고 계층적이며 허무상적인 신경해부학이 능동적 추론을 통해 의식적 지각과 행동을 어떻게 지원하는지 설명하는 것.
• 자유 에너지 원리에 뿌리를 두고 있는 단일 예측 처리 프레임워크 안에서 외부 행동과 암묵적 행동을 통합하는 것.

제안 방법

• 뇌의 신경 동역학에 자유 에너지 원리(Free Energy Principle, FEP)를 적용하여, 뇌를 변분 자유 에너지를 최소화하는 시스템으로 간주하는 것.
• 양자 정보 이론적 FEP의 형태에서 유도된 내부 스크린 가설을 수립하며, 의식 경험은 양자 유사 추론 과정에서 기인한다고 본다.
• 외부 행동과 암묵적 행동을 정밀도 가중 예측을 통해 지원하는 계층적, 중첩적, 허무상적인 시스템으로 뇌를 모델링하는 것.
• 변분 베이지안 추론을 사용하여 계층적 생성 모델에서 감각 자극이 어떻게 예측되고 갱신되는지를 수식화하는 것.
• 자유 에너지 원리(Free Energy Principle, FEP)를 알려진 신경해부학, 특히 신경피질의 층상 및 컬럼 구조와 통합하는 것.
• 뇌의 구조가 예측 오차 최소화를 통한 놀라움 최소화를 통해 효율적이고 자기 일관성 있는 추론을 가능하게 하며, 이는 놀라움 최소화를 통한 자유 에너지 최소화의 원리에 부합한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자유 에너지 원리(Free Energy Principle, FEP)는 생물학적으로 타당한 방식으로 의식 경험을 모델링하는 데 어떻게 직접 적용될 수 있는가?
• RQ2 양자 정보 이론에서 유도된 내부 스크린 가설은 의식의 현상학을 어떻게 설명하는가?
• RQ3 뇌의 허무상적이고 계층적이며 희소한 신경해부학은 예측 처리를 통해 외부 행동과 암묵적 행동을 어떻게 지원하는가?
• RQ4 자유 에너지 원리(Free Energy Principle, FEP)는 단일 프레임워크 안에서 인지, 행동, 의식 각각을 어떻게 통합하는가?
• RQ5 정밀도 가중 예측과 계층적 추론은 주관적인 의식 경험의 품질을 어떻게 만들어내는가?

주요 결과

• 내부 스크린 모델은 계층적 추론을 통한 자유 에너지 최소화 과정으로서 의식을 프레임워크화함으로써 신경생물학적으로 타당한 의식 설명을 제공한다.
• 자유 에너지 원리(Free Energy Principle, FEP)의 양자 정보 이론적 수식은 내부 스크린 가설을 지지하며, 의식 경험은 자기참조적 추론 과정으로 간주된다.
• 뇌의 허무상적이고 중첩된 구조는 효율적이고 강건하며 확장 가능한 추론을 가능하게 하며, 관찰된 신경 동역학과 일치한다.
• 모델은 외부 행동(행동 반응)과 암묵적 행동(심리적 시뮬레이션)을 동일한 예측 코드 메커니즘의 결과로 설명한다.
• 이 프레임워크는 예측 오차 최소화를 통한 변분 자유 에너지 최소화 원리에 기반하여 인지, 행동, 의식을 단일 원리로 통합한다.
• 모델은 의식 경험은 고립된 신경 사건이 아니라 뇌 조직의 여러 수준에서 예측의 역동적이고 계층적인 통합에서 비롯된다는 점을 입증한다.