自由エネルギー原理

前のコラムで見た予測符号化は、個々の知覚がどう成り立っているかという話だった。目や耳が受け取るのは予測とのズレだけで、当たっている限り情報はほとんど上ってこない、という仕組みである。自由エネルギー原理は、この考え方をもう一段抽象化し、個々の感覚の話を離れて、生き物が環境の中で自分を保つとはそもそもどういうことか、という水準にまで引き上げようとする枠組みだ。

扱う対象の広さも、予測符号化とは一段違う。予測符号化がおもに神経系の中の情報処理を語る話だったのに対し、自由エネルギー原理が語ろうとする範囲は、神経系だけにとどまらない。

この枠組みが説明しようとしているのは、脳ではなく生命のほうだ。

単純な単細胞生物が環境の変化に応じて自分の内部の状態を保つ仕組みや、免疫のしくみが異物を見分ける働きまで、同じ一つの言葉で説明しようとするところまで、この理論は踏み込んでいる。脳を持つ生き物に限らない、生命というものの一般的な性質として組み立て直そうとしている、と言ってもよい。

「自由エネルギー」という名前は、もとは熱力学から借りてきた言葉だが、ここでの使われかたはもっと素朴に理解しておいてよい。予測と現実のズレそのものを直接測るのは難しいので、代わりに扱いやすい計算上の目安として持ち出されたのが、この量だと考えればよい。

おおまかに言えば、いま自分の身に起きていることが、自分の立てた予測から見てどれだけ意外か——驚きの大きさに相当する目安であり、これを小さく保ち続けることが、この理論の中心にある目標として置かれている。

中心にある主張は、驚くほど単純に言い切れる。生きているとは、予測誤差を長期にわたって小さく保ち続けることだ、という言い方になる。生き物の体は、放っておけば周囲との境目を失い、崩れていく側の存在である。

生きているとは、予測とのズレを、長く小さく保ち続けることだ。

にもかかわらず一定の形と状態を保ち続けていられるのは、自分の置かれた状況について立てた予測と、実際に起きることとのズレを、絶えず小さくし続けているからだ、とこの枠組みは考える。ここでいう「誤差」は、視覚や聴覚だけの話に限らない。体温や血糖値のような身体の内側の状態から、次に何が起きるかという外界の見通しまで、およそ予測と呼べるものすべてが対象になる。

誤差を小さくする道は、突き詰めれば二つしかない。ひとつは予測のほうを変えること、つまり知覚や学習によって、自分の中のモデルを現実に合わせて書き換えていく道だ。もうひとつは世界のほうを変えること、つまり行動によって、現実のほうを自分の予測に近づけてしまう道である。

喉が渇くという予測誤差に対して、水はここにあるはずだという思い込みを改めるのが前者なら、実際に立ち上がって水を取りにいくのが後者にあたる。同じひとつのズレに対して、モデルを更新するか、現実のほうを動かすかという、二つの選択肢がつねに開かれている。

この枠組みの野心は、知覚・学習・行動、さらには注意までもを、同じ一つの原理のもとに説明しようとする点にある。注意が向きやすいのは予測から外れた意外な情報だという、つながりが機能をつくるの章で見た話も、この見方に立てば、次にどちらの道を選ぶべきかを決めるための重みづけの調整として位置づけ直せる。

決める・動くの章で見た、繰り返された行動が習慣という自動的な経路へ移っていく過程も、誤差がすでに小さく、モデルを更新する必要がなくなった状態として言い換えられる。覚える・思い出すの章で見た、記憶がそのつど作り直されるという話も、いまの予測に合わせて過去の断片を組み直す作業だと考えれば、同じ絵の中に収まる。ばらばらに見えていたいくつもの働きが、一枚の絵の中に収まっていく感覚は、理論として強い魅力を持っている。

ただし、ここは仮説であり、決着のついた理論ではないということは、ぼかさずに書いておきたい。この枠組みへの批判としてよく挙がるのが、説明できる範囲があまりに広すぎるという点だ。知覚も学習も行動も注意も、後づけでいくらでも「誤差を減らすためだ」と解釈し直せてしまうなら、その理論は個々の現象について具体的に何を予測しているのかが見えにくくなる。

説明できる範囲の広さは、強さであると同時に、弱さでもある。

何にでも当てはまる理論は、実は何も言っていないのではないか、という指摘は、この枠組みに向けられる最も手厳しい批判のひとつだ。反証できない主張は、科学の理論としては弱い、という基本に照らしても、これは軽く扱ってよい論点ではない。擁護する側は、神経回路のレベルではこの理論が具体的で検証可能な予測を生むと反論するが、その細かな予測が正しいことと、根底にある大きな主張そのものが正しいことは、また別の話だという指摘も残っている。

もうひとつ、この枠組みを最初に聞いた人がほぼ必ず思いつく反論がある。誤差を最小化することが目的なら、何もせず、変化のない暗い部屋にじっとしているのが一番確実な近道ではないか、というものだ。見るもの聞くものが何もなければ、予測が外れる機会そのものが減っていく。

これは「暗い部屋問題」と呼ばれ、この理論の内部でも正面から扱われてきた、いわば急所にあたる論点である。ひとつの応答は、生き物の予測には「自分は健康な状態で、動き回り、食べ物を探しているはずだ」という、生存に紐づいた前提そのものが組み込まれているという見方だ。

暗い部屋にじっとしていれば、空腹や体温の乱れという、もっと大きな予測誤差を別の側面で抱え込むことになる。好奇心をもって未知の状況にあえて踏み出す動きも、目先の驚きは増えても、長い目で見て誤差を小さく保つための投資として説明し直せる、とこの立場は主張する。だからこの反論には応答があるにはあるのだが、それで議論が完全に片づいたと言い切れるほど、この論点は静かになってはいない。

予測符号化が個々の知覚の仕組みを説明する道具だったのに対し、自由エネルギー原理はそれを生き物のあり方そのものの説明にまで広げようとする、射程の長い仮説である。射程が長い分、検証も反論もそのぶん難しくなる。すべてを一つの原理で説明できてしまうように見えることと、その原理が正しいことは、必ずしも同じではない。この先のコラムで扱ういくつかの理論も、この広さと確かさのあいだの緊張を、それぞれ形を変えて抱えていることになる。