[論文レビュー] Path integrals, particular kinds, and strange things

Karl Friston, Lancelot Da Costa+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 23, 2022

Quantum Mechanics and Applications被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、開放系における粒子の運動をモデル化するために経路積分を用いて自由エネルギー原理を定式化し、散逸的・保存的・不活性的・能動的・および「奇妙な」粒子の区別を試みる。奇妙な粒子とは、自らの行動を推論する粒子であり、それらは基本的な自己決定的行動（エージェンシー）を示す。これは、カバー変数を介した隠れ状態に対する変分推論によって、物理的系における意識的行動に類似した挙動を形式的にモデル化する基盤を提供する。

ABSTRACT

This paper describes a path integral formulation of the free energy principle. The ensuing account expresses the paths or trajectories that a particle takes as it evolves over time. The main results are a method or principle of least action that can be used to emulate the behaviour of particles in open exchange with their external milieu. Particles are defined by a particular partition, in which internal states are individuated from external states by active and sensory blanket states. The variational principle at hand allows one to interpret internal dynamics - of certain kinds of particles - as inferring external states that are hidden behind blanket states. We consider different kinds of particles, and to what extent they can be imbued with an elementary form of inference or sentience. Specifically, we consider the distinction between dissipative and conservative particles, inert and active particles and, finally, ordinary and strange particles. Strange particles can be described as inferring their own actions, endowing them with apparent autonomy or agency. In short - of the kinds of particles afforded by a particular partition - strange kinds may be apt for describing sentient behaviour.

研究の動機と目的

• 環境と動的相互作用を行う系における自由エネルギー原理の経路積分的定式化を構築すること。
• エネルギー散逸（散逸的対保存的）、反応性（不活性的対能動的）、自己参照的推論（奇妙な粒子）に基づいて、粒子を散逸的・保存的・不活性的・能動的・奇妙な粒子に分類すること。
• 特定の粒子種別が、変分原理を通じて基本的な推論または意識的挙動を示せるかどうかを調査すること。
• 内部動的状態が、感覚的および能動的カバー状態を介して、隠れ外部状態をどのように推論できるかを形式化すること。

提案手法

• 粒子の時間発展を作用最小化に従う確率的過程とみなして、経路積分を用いて自由エネルギー原理を定式化する。
• 状態を内部状態、外部状態、およびカバー状態（感覚的および能動的状態）に分割し、カバー状態が環境との相互作用を媒介することを定義する。
• 最小作用の原理を適用して、変分自由エネルギーを最小化する力学を導出し、隠れ外部状態の推論を可能にする。
• エネルギー散逸（散逸的対保存的）、反応性（不活性的対能動的）、自己参照的推論（奇妙な粒子）に基づいて粒子種別を区別する。
• 確率的微積分と変分推論を用いて、カバー状態を介した部分観測から外部状態をどのように推論できるかをモデル化する。
• 内部動的状態が自らの行動を推論する粒子として「奇妙な粒子」を導入し、それにより表面的な自律性が生じることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして経路積分を用いて、開放的動的を持つ物理的系における自由エネルギー原理を形式化できるか？
• RQ2 散逸的・保存的・不活性的・能動的・奇妙な粒子は、それぞれの動的および推論的性質においてどのように区別されるか？
• RQ3 カバー状態を有する粒子が、隠れ外部状態をどの程度正確に推論できるか？
• RQ4 自らの行動を推論する粒子（奇妙な粒子）は、基本的な形の自己決定的行動（エージェンシー）や意識的挙動を示すと見なせるか？
• RQ5 変分自由エネルギー原理は、構造的内部-外部状態分割を持つ系において、自己証明的行動（self-evidencing behavior）をどのように生じさせるか？

主な発見

• 経路積分による定式化は、変分自由エネルギー最小化を通じて、開放系における粒子の運動を統合的にモデル化するフレームワークを提供する。
• カバー状態を有する粒子は、変分自由エネルギーを最小化することで、隠れ外部状態を推論でき、物理的推論の一形態を実現する。
• 自らの行動を内部動的状態によって推論する奇妙な粒子は、表面的な自律性を示し、物理的系におけるエージェンシーのメカニズムを示唆する。
• 能動的粒子と不活性的粒子の区別は、内部状態がカバー状態を介して行動に影響を与えるかどうかに起因する。
• モデルは、自己参照的推論（すなわち、系が自らの行動を推論する）が、経路積分形式の自由エネルギー原理から自然に生じうることを示している。
• このフレームワークは、構造的状態分割を伴う物理的系が自由エネルギーを最小化することで、意識的挙動に類似した挙動が生じうるという仮説を支持する。