Theo lý thuyết xử lý tiên đoán, bộ não của bạn không chờ tín hiệu từ mắt, tai rồi mới hiểu, mà luôn đoán trước điều sắp tới, so với tín hiệu thật, và chủ yếu xử lý phần lệch giữa hai thứ. Cái ta trải nghiệm như thế giới bên ngoài, theo cách nhìn này, là phỏng đoán tốt nhất của bộ não, liên tục được điều chỉnh.
Chào bạn, đây là Nhà Học Thuật. Trong khoảng hai thập niên gần đây, ý tưởng bộ não là cỗ máy dự đoán đã đi từ một giả thuyết về thị giác thành tham vọng giải thích gần như mọi thứ, từ nhận thức tới hành động và cảm xúc. Tập này mình kể nó ra đời thế nào, mạnh ở đâu, và vì sao nhiều người vẫn dè dặt.
Từ Helmholtz tới mã hoá tiên đoán
Thế kỷ mười chín, nhà vật lý và sinh lý học Hermann von Helmholtz đã cho rằng tri giác là một dạng suy luận vô thức. Tín hiệu đến võng mạc mơ hồ và thiếu, bộ não phải suy ra nguyên nhân hợp lý nhất đã tạo ra chúng.
Ý tưởng này nằm im khá lâu, rồi trở lại mạnh mẽ cuối thế kỷ hai mươi. Cuối thập niên chín mươi, Rajesh Rao và Dana Ballard đề xuất một mô hình cho vùng thị giác của não, trong đó các tầng cao gửi dự đoán xuống tầng thấp, còn tầng thấp chỉ gửi lên phần sai số, tức chỗ dự đoán chưa khớp.
Mô hình này giải thích được một số hiện tượng lạ của tế bào thần kinh thị giác, như việc chúng phản ứng yếu đi khi kích thích nằm trong một bối cảnh dễ đoán.
Cách tổ chức ấy cũng tiết kiệm: thay vì truyền toàn bộ hình ảnh, chỉ cần truyền điều bất ngờ. Giống như một bản tin chỉ báo những gì khác hôm qua.
Vì sao bạn không tự cù được mình?
Một ví dụ dễ cảm nhận nhất của bộ não dự đoán là chuyện cù. Người khác cù bạn thì buồn cười không chịu được, nhưng tự cù mình thì gần như không có cảm giác.
Các nhà nghiên cứu ở London, trong đó có Sarah Jayne Blakemore và Daniel Wolpert, giải thích rằng khi bạn tự cử động tay, bộ não đã gửi một bản sao lệnh vận động và dự đoán chính xác cảm giác sẽ đến. Cảm giác được đoán trúng thì bị giảm bớt.
Trong một thí nghiệm, họ dùng một cánh tay máy để người tham gia tự cù mình, nhưng chèn thêm một độ trễ nhỏ hoặc một góc lệch. Độ lệch càng lớn, cảm giác nhột càng tăng, đúng như mô hình dự đoán.
Cùng cơ chế ấy giúp bạn phân biệt cái chạm của mình với cái chạm của người khác, và một số nhà nghiên cứu cho rằng khi cơ chế này trục trặc, người ta có thể cảm thấy hành động của chính mình như do ai khác điều khiển.
Friston và tham vọng một nguyên lý cho mọi thứ
Nhà thần kinh học người Anh Karl Friston đẩy ý tưởng lên tầm cao nhất với nguyên lý năng lượng tự do. Nói nôm na, mọi hệ sống muốn tồn tại đều phải giữ mình trong những trạng thái quen thuộc, và để làm vậy, nó phải giảm thiểu sự bất ngờ, theo một nghĩa toán học chặt chẽ.
Có hai cách giảm bất ngờ. Một là sửa dự đoán cho khớp với thế giới, đó là tri giác và học. Hai là thay đổi thế giới cho khớp với dự đoán, đó là hành động. Friston gọi cách thứ hai là suy luận chủ động: bạn đưa tay ra lấy cốc nước, theo nghĩa nào đó, vì bộ não đã dự đoán tay mình đang cầm cốc và cơ bắp hành động để dự đoán ấy thành đúng.
Từ đây, lý thuyết được mở rộng sang cảm xúc, như dự đoán về trạng thái bên trong cơ thể, sang tâm thần học, sang cả ý thức. Nhà thần kinh học Anil Seth có một cách nói được nhắc nhiều: tri giác là một ảo giác có kiểm soát.
Nguyên lý năng lượng tự do nổi tiếng là khó hiểu, ngay cả với các chuyên gia. Bản thân Friston xem nó là một nguyên lý, một khung toán học, hơn là một giả thuyết đơn lẻ có thể bị bác bỏ.
Lý thuyết giải thích tâm thần học thế nào?
Một hướng ứng dụng gây hứng thú là tâm thần học tính toán. Nếu bộ não cân giữa dự đoán và tín hiệu theo độ tin cậy, thì một số rối loạn có thể hiểu như sai lệch trong cách cân ấy.
Ví dụ, có giả thuyết cho rằng một số biểu hiện ở người tự kỷ liên quan tới việc gán quá ít trọng lượng cho dự đoán, khiến thế giới tràn ngập chi tiết bất ngờ và quá tải. Ngược lại, một số trải nghiệm ảo giác có thể liên quan tới việc dự đoán lấn át tín hiệu thật.
Đây là những giả thuyết đang được nghiên cứu, chưa phải kết luận lâm sàng. Chúng hấp dẫn vì nối được trải nghiệm chủ quan với một cơ chế tính toán, nhưng còn cần nhiều bằng chứng.
Mọi chuyện liên quan tới chẩn đoán hay điều trị vẫn thuộc về bác sĩ chuyên khoa, không thể suy ra từ một lý thuyết chung.
Những lời phê bình
Lời phê bình lớn nhất là lý thuyết quá linh hoạt. Nếu mọi thứ đều là giảm sai số dự đoán, thì cái gì cũng giải thích được bằng cách điều chỉnh dự đoán hoặc độ tin cậy cho phù hợp. Một lý thuyết giải thích được mọi kết quả có nguy cơ không dự đoán được kết quả nào.
Lời phê bình thứ hai đến từ thực nghiệm: bằng chứng rằng não thật sự tách riêng tín hiệu dự đoán và tín hiệu sai số ở các tầng như mô hình mô tả còn chưa thống nhất. Một số kết quả ủng hộ, một số khác giải thích được bằng cơ chế đơn giản hơn.
Lời phê bình thứ ba mang tính triết học: tại sao một hệ sống chỉ muốn giảm bất ngờ lại không tìm tới một căn phòng tối và nằm im mãi. Phía Friston có câu trả lời kỹ thuật, nhưng tranh luận vẫn tiếp tục.
Dù vậy, ý tưởng bộ não dự đoán đã thay đổi câu hỏi mà khoa học thần kinh đặt ra. Có lẽ đáng để thử nghĩ: lần tới bạn chắc chắn mình thấy rõ một điều, có bao nhiêu phần trong đó là mắt, bao nhiêu phần là kỳ vọng.
Câu hỏi thường gặp
Xử lý tiên đoán khác cách hiểu truyền thống về tri giác thế nào?
Cách hiểu truyền thống xem tri giác đi từ dưới lên: tín hiệu từ giác quan được xử lý dần thành hình ảnh. Xử lý tiên đoán nhấn mạnh dòng từ trên xuống: dự đoán đi trước, tín hiệu chủ yếu dùng để sửa dự đoán.
Sai số dự đoán là gì?
Đó là phần chênh giữa điều bộ não dự đoán và tín hiệu thực sự nhận được. Theo lý thuyết, đây là thông tin chính được truyền lên các tầng cao để cập nhật hiểu biết.
Lý thuyết này có liên quan tới học máy không?
Có. Nhiều thuật toán học máy cũng học bằng cách giảm sai số giữa dự đoán và dữ liệu. Ý tưởng hai chiều giữa khoa học thần kinh và học máy đã giúp cả hai ngành.
Hiệu ứng giả dược có liên quan tới bộ não dự đoán không?
Một số nhà nghiên cứu dùng khung dự đoán để giải thích một phần hiệu ứng giả dược, như kỳ vọng giảm đau làm thay đổi cách cảm nhận cơn đau. Cơ chế đầy đủ của giả dược vẫn còn nhiều điều chưa rõ.
Đọc gì để hiểu thêm về bộ não dự đoán?
Cuốn sách của Anil Seth về ý thức và bản ngã trình bày ý tưởng này dễ hiểu. Sách của triết gia Andy Clark đi sâu hơn vào hệ quả triết học.
