科学好故事｜大脑是一台名副其实的“预测机器”

来源：新浪科技
02:41
来源：quantamagazine
撰文：Anil Ananthaswamy
翻译：任天

当看到一个模糊的图像时，我们会依赖背景来获得感知信息。一些神经科学家认为，这证明了大脑能通过对预期事件的预测，自上而下地将感知信息组合起来
科学家通过对神经网络的研究发现，大脑是一台名副其实的“预测机器”。这样的工作方式使它们能节省许多能量。
我们的大脑包裹在硬质的颅骨中，是一团重约1.4至1.5千克组织。长期以来，关于大脑如何通过感觉来获得感知的问题，一直令科学家感到困惑。大量的证据和数十年的持续研究表明，大脑并不能像玩拼图游戏那样，将感官信息简单地组合起来，以此感知周围的环境。我们可以通过一个事实来证明这一点，大脑可以根据进入眼睛的光线信息构建出一个场景，即使这些信息既嘈杂且模糊。
因此，许多神经科学家转而将大脑视为一台“预测机器”。通过预测性的处理过程，大脑利用其对世界的先验知识，对输入的感官信息做出原因推断或假设。正是这些假设，而不是感官输入本身，在我们的脑海中产生了感知。对大脑来说，输入的信息越模糊，它对先验知识的依赖就越大。
预测性处理框架的优美之处在于，它拥有相当强的能力来解释许多不同系统中的大量现象。
尽管有越来越多的神经科学证据支持了这一观点，但主要是间接证据，而且存在其他解释的可能性。如果你仔细审视人类的认知神经科学和神经成像研究，就会发现很多证据，但都是极为隐性、间接的证据。
因此，研究人员开始转向计算模型，试图理解和验证“预测性大脑”的想法。计算神经科学家已经建立了人工神经网络，其设计灵感来自生物神经元的行为，可以学习对输入信息做出预测。这些模型显示出一些不可思议的能力，似乎可以模仿真正的大脑。利用这些模型所做的实验甚至暗示，大脑必须进化成预测机器，才能满足能量的限制。