[论文解读] 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 5

一句话总结

本文提出‘意识内屏模型’，作为自由能原理（FEP）在意识体验中的直接应用，将意识构想为一种根植于量子信息理论的自组织、分层推理过程。通过将FEP与大脑嵌套的全息神经解剖结构相结合，该模型解释了意识知觉如何通过主动推理和感官预测的精确加权而产生，为外显与内隐行为提供统一的框架。

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.

研究动机与目标

• 开发一个直接基于自由能原理（FEP）的神经认知意识模型。
• 弥合经典与量子形式的FEP，特别是源自量子信息理论的内屏假说。
• 解释大脑稀疏的、分层的、全息的神经解剖结构如何通过主动推理支持意识知觉与行为。
• 在单一基于FEP的预测处理框架下，统一外显与内隐行为。

提出的方法

• 将自由能原理（FEP）应用于神经动力学，将大脑视为通过最小化变分自由能来实现的系统。
• 从FEP的量子信息理论版本出发，提出内屏假说，其中意识体验源于类量子推理过程。
• 将大脑建模为一种分层的、嵌套的、全息的系统，通过精确加权的预测支持外显与内隐行为。
• 使用变分贝叶斯推理，形式化感官输入在分层生成模型中如何被预测与更新。
• 将FEP与已知的神经解剖结构相结合，特别是新皮层的分层与柱状组织。
• 证明大脑的结构可通过最小化预测误差来最小化意外性，从而实现高效且自洽的推理。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何直接将自由能原理应用于生物上合理地建模意识体验？
• RQ2 源自量子信息理论的内屏假说在解释意识现象学方面发挥何种作用？
• RQ3 大脑的全息性、分层性与稀疏性神经解剖结构如何通过预测处理支持外显与内隐行为？
• RQ4 自由能原理以何种方式在单一框架中统一感知、行为与意识觉知？
• RQ5 精确加权的预测与分层推理如何产生意识体验的主观特质？

主要发现

• 内屏模型通过将意识视为通过分层推理最小化自由能的过程，提供了基于神经生物学的意识解释。
• FEP的量子信息理论版本支持内屏假说，其中意识体验被解释为一种自指涉的推理过程。
• 大脑的全息性与嵌套结构使推理过程高效、稳健且可扩展，与观察到的神经动力学一致。
• 该模型将外显行为（行为反应）与内隐行为（心理模拟）均解释为同一预测编码机制的结果。
• 该框架通过最小化意外性（即变分自由能最小化）将感知、行为与意识统一于单一原则之下。
• 该模型表明，意识体验并非源于孤立的神经事件，而是源于大脑组织多层级间动态、分层的预测整合。