Predictive coding

Tutte le informazioni presenti in questo sito hanno esclusivamente un fine illustrativo.

Tutte le informazioni presenti in questo sito non costituiscono in nessun caso prescrizione, diagnosi o consulenza di qualsiasi genere. 

Il Principio di Energia Libera di Friston - cervello, psicologia e neuroeconomia

Un cervello che non aspetta

Il nucleo dell'articolo di Karl J. Friston del 2010 è la proposta che un unico tema attraversi le principali teorie del cervello, sia in campo biologico sia in campo fisico: l'ottimizzazione. E la quantità ottimizzata è sempre la stessa: il valore atteso, ovvero il suo complemento, la sorpresa (errore di predizione, costo atteso). L'eleganza di questa posizione risiede nel fatto che Friston non propone semplicemente un modello della percezione ma un principio che aspira a descrivere la vita stessa come processo di resistenza all'entropia.

Il Principio di Energia Libera afferma, in sintesi, che nella percezione e nell'apprendimento una parte dell'agente (il cervello e il corpo) diventa progressivamente più simile al mondo esterno; nell'azione, invece, è il mondo a diventare più simile all'agente. In questo senso, il principio descrive come il cervello risponde alle perturbazioni ambientali.

Questa simmetria è filosoficamente potente: conoscere e agire sono due lati della medesima operazione di riduzione dell'incertezza.

L'architettura gerarchica: un'inferenza silenziosa e continua

Il Predictive Coding rappresenta il meccanismo computazionale attraverso cui il principio si implementa concretamente nella corteccia. Il predictive coding tratta il cervello come una macchina inferenziale che genera e aggiorna costantemente predizioni sugli input sensoriali attraverso uno scambio gerarchico di messaggi. Questa famiglia di modelli fornisce un resoconto normativo, bayesiano, della percezione e dell'azione, in cui il cervello cerca di minimizzare la sorpresa allineando il proprio modello interno con il mondo esterno.

La struttura è verticale e bidirezionale: le proiezioni discendenti trasportano predizioni dai livelli corticali superiori verso quelli inferiori; le proiezioni ascendenti trasportano esclusivamente gli errori di predizione, cioè la differenza tra ciò che era atteso e ciò che è arrivato. Le dinamiche delle rappresentazioni di alto livello si dispiegano più lentamente rispetto alle dinamiche dei livelli inferiori. Questa proprietà consente la rappresentazione di sequenze arbitrariamente lunghe e suggerisce che le rappresentazioni neuronali cambino più lentamente ai livelli gerarchici superiori.

Questo ha una conseguenza sorprendente per la psicologia quotidiana: ciò che percepiamo non è la realtà ma la nostra migliore ipotesi su di essa. La sensazione di certezza percettiva è il segnale che l'errore di predizione è basso, non una prova diretta della veridicità del mondo esterno.

Precisione, attenzione e il peso dell'incertezza

Un contributo particolarmente fecondo dell'articolo del 2010 è l'introduzione del concetto di precisione come modulatore dell'influenza degli errori di predizione. In termini semplici: non tutti gli errori contano allo stesso modo. L'attenzione selettiva è il meccanismo attraverso cui il cervello assegna maggiore peso ad alcuni segnali di errore rispetto ad altri.

A livello neurobiologico, i neuromodulatori come la dopamina sono considerati segnalatori della precisione degli errori di predizione, modulando il guadagno delle cellule principali che codificano l'errore di predizione.

Questo collegamento tra dopamina e precisione è il ponte più diretto verso la neuroeconomia. La dopamina nel sistema mesolimbico (tradizionalmente descritta come il neurotrasmettitore del piacere) è reinterpretata da Friston come un segnale di confidenza epistemica: quanto il cervello ritiene affidabile il proprio modello del mondo. In questo quadro, la sensibilità (o temperatura inversa, legata alle funzioni softmax e agli equilibri di risposta quantale) corrisponde alla precisione delle credenze sulle conseguenze delle scelte.

La neuroeconomia riscritta - valore come conseguenza, non come causa

Il punto più radicale dell'intero impianto fristoniano emerge nel confronto con la teoria economica standard. La teoria dell'utilità attesa di von Neumann e Morgenstern (e le sue revisioni comportamentali da parte di Kahneman e Tversky) assume che gli agenti massimizzino un valore. Friston rovescia questa logica.

Nell'inferenza attiva non esiste alcuna funzione di valore: l'unica quantità ottimizzata è l'energia libera. In questo contesto, la razionalità limitata emerge come proprietà naturale della minimizzazione dell'energia libera, e il valore di uno stato è una conseguenza del comportamento che porta a quello stato, non la sua causa. In altre parole, alcuni stati vengono occupati più frequentemente di altri, e questi stati risultano preziosi.

Questo capovolgimento ha implicazioni enormi. Il valore economico non è una proprietà del mondo scoperta dal cervello, ma un residuo computazionale della minimizzazione dell'incertezza. Un agente non è attratto da una ricompensa perché essa è intrinsecamente desiderabile ma perché la aspetta: la ricompensa è già inclusa nel modello generativo come prior, come credenza a priori su dove il sistema biologico si troverà tipicamente.

Questo è in larga misura coerente con l'uso del rischio e dell'ambiguità in economia, come proposto da Kahneman e Tversky, dove l'ambiguità riflette l'incertezza sul contesto. L'energia libera attesa può essere scomposta in due componenti complementari: valore epistemico (esplorativo, orientato alla novità) e valore estrinseco (orientato alla ricompensa).

Si ritrova qui la tensione fondamentale tra exploitation ed exploration della psicologia cognitiva: il cervello non è né un puro massimizzatore di ricompensa né un esploratore casuale ma un sistema che bilancia continuamente l'incertezza residua del modello con il costo dell'azione.

Inferenza attiva e comportamento - agire per confermare

L'azione, nell'ambito del principio di energia libera, si riduce alla soppressione degli errori di predizione sensoriale che dipendono da traiettorie di movimento previste (attese o desiderate). Questo fornisce un resoconto parsimonioso del controllo motorio, in cui l'azione è guidata da predizioni percettive (propriocettive).

Qui la psicologia clinica trova un aggancio potente. Molti comportamenti apparentemente irrazionali (dalla procrastinazione alle compulsioni ossessivo-compulsive, dall'evitamento fobico ai rituali ansiosi) possono essere reinterpretati come strategie di minimizzazione dell'incertezza a breve termine che però stabilizzano il modello interno a scapito dell'aggiornamento adattivo. Le spiegazioni dell'azione nell'inferenza attiva spesso si fondano sull'idea che il cervello abbia predizioni ostinate che non riesce ad aggiornare, portando ad azioni che fanno avverare queste predizioni.

È una descrizione neurobiologicamente precisa del confirmation bias: il cervello non cerca la verità, cerca la conferma del proprio modello, perché essa è localmente equivalente alla riduzione dell'energia libera.

Forza e limiti del sistema - il punto critico

L'ambizione unificatrice di Friston è indubbiamente il suo tratto più affascinante. Il Principio di Energia Libera è probabilmente la teoria del cervello più ambiziosa oggi disponibile, poiché sostiene di includere molte altre idee importanti, come il predictive coding, la codifica efficiente, l'inferenza bayesiana e la teoria del controllo ottimale. arxiv

Tuttavia, questa stessa generalità genera una tensione metodologica non trascurabile. Il Principio di Energia Libera si distingue nettamente da costrutti come il predictive coding e l'ipotesi del cervello bayesiano, perché è (appunto) un principio. Come il principio di azione stazionaria di Hamilton, non è falsificabile. Il predictive coding, invece, produce predizioni empiricamente testabili e alcune di esse hanno trovato conferma.

La distinzione è fondamentale: Friston offre un framework descrittivo di straordinaria potenza, ma le applicazioni specifiche (quelle che riguardano la psichiatria, la neuroeconomia, la psicologia clinica) richiedono modelli generativi espliciti e verificabili, che vadano al di là del principio in sé.

Sintesi - un nuovo vocabolario per la mente

Quello che Friston propone nel 2010 è, in ultima analisi, un cambio di vocabolario per le scienze cognitive e comportamentali. Apprendere diventa aggiornare un modello generativo. Percepire diventa inferire la causa più probabile di un segnale. Decidere diventa selezionare la politica d'azione che minimizza l'energia libera attesa. Prestare attenzione diventa aumentare la precisione di un segnale di errore.

Questo vocabolario non è solo metaforico: è matematicamente preciso, neurobiologicamente localizzabile e computazionalmente implementabile. La sua ricchezza maggiore, per la psicologia e la neuroeconomia, risiede nel fatto che integra in un'unica struttura formale ciò che tradizionalmente era separato (motivazione, cognizione, emozione, azione) suggerendo che la mente non sia un insieme di moduli indipendenti ma un unico processo di inferenza che si svolge su scale temporali e gerarchiche diverse.

Massimo Zanetti