計算、理論與前沿神經科學

預測編碼

預測編碼是一種理論,它認為大腦並不是一台被動的相機,只是把感官送來的東西照單記錄下來。恰恰相反,它是一個不知疲倦的猜測者:每時每刻,它都已經在預測自己接下來會看到、聽到、感覺到什麼,然後把這個猜測和眼睛、耳朵、皮膚實際傳來的信號相比較。真正向上傳到大腦較高層級的,大多不是原始的感覺,而是其中的偏差——也就是大腦猜錯的那部分。這一點殘餘的意外,被稱為預測誤差。設想你在讀一句話,眼睛輕快地掠過熟悉的詞,卻在一個錯別字上猛地一頓:那個錯別字就是誤差,是大腦沒有預料到的東西,而它恰恰最能抓住你的注意。

它是怎麼運作的呢?把大腦想像成一摞層級。較高的層級向下送出自己最好的猜測——"根據我知道的一切,下一個聲音應該是這樣"——而靠近感官的較低層級,只把這個猜測與現實之間的差別送回去。如果猜對了,幾乎沒有什麼需要上報,於是大腦保持安靜,節省能量。如果猜錯了,一個誤差信號就向上飛奔,較高的層級便迅速調整下一次預測,使之貼合現實。一輪又一輪,大腦努力把誤差縮小到接近零——這其實是在換一種說法:它在努力把世界理解得足夠好,好到沒有什麼能讓它感到意外。

這為什麼重要?它把知覺重新理解為一種由感官不斷糾正的"受控幻覺",並且用一個俐落的思路同時解釋了許多謎題:為什麼我們能讀懂潦草的字跡,為什麼我們有時會聽到一個根本沒人說出口的詞,為什麼我們會對持續的嗡嗡聲充耳不聞、卻對一個新出現的聲響一驚,以及為什麼注意力感覺就像把最要緊的那些誤差的音量調高。同樣的思路還與人工智能中一些強大的框架相通——機器也是通過預測、再糾正錯誤來學習的。

關鍵點:大腦主要傳遞的是自己的錯誤,而不是完整的畫面——它先預測、再比較,只把意外往上送。

又稱
predictive processingprediction error coding预测加工預測加工