У нейронауці, психології та когнітивній науці передбачувальне кодування (; також відоме як передбачувальна обробка, ) — це теорія функціонування мозку, згідно з якою мозок постійно створює та оновлює «ментальну модель» навколишнього середовища. Відповідно до цієї теорії, така ментальна модель використовується для передбачення сигналів, що надходять від органів чуття, після чого ці передбачення порівнюються з фактичними сигналами від них. Іншими словами, мозок безперервно мінімізує «помилки передбачення» — розбіжності між своїми очікуваннями та інформацією, яку отримує від органів чуття.По той бік реальності: Куншткамера з Енілом Сетом - Куншт, 15 червня 2026

Передбачувальне кодування є однією з теорій ширшого набору теорій, що ґрунтуються на

Походження Теоретичні передумови передбачувального кодування сягають щонайменше 1860 року, коли Гельмгольц сформулював концепцію . Несвідоме умовиведення стосується ідеї, що людський мозок доповнює візуальну інформацію, щоб сформувати цілісне сприйняття сцени. Наприклад, якщо певний об'єкт у полі зору є відносно меншим за інший, мозок використовує цю інформацію як імовірну ознаку глибини, унаслідок чого спостерігач зрештою (і мимоволі) сприймає глибину.

Розуміння сприйняття як взаємодії між сенсорними стимулами (знизу вгору) та концептуальними знаннями (згори вниз) продовжило формуватися завдяки дослідженням Джерома Брунера. Починаючи з 1940-х років, він вивчав те, як потреби, мотивація та очікування впливають на сприйняття; цей напрям досліджень став відомим як психологія «New Look». У 1981 році Макклелланд і Румельгарт досліджували взаємодію між елементами обробки інформації (лініями та контурами), з яких формуються літери, а з літер — слова. Хоча окремі елементи вказували на наявність слова, дослідники виявили, що коли літери були розташовані в контексті слова, люди могли ідентифікувати їх швидше, ніж коли вони були частиною безглуздої послідовності без семантичного контексту. Паралельна модель обробки Макклелланда та Румельгарта описує сприйняття як взаємодію елементів «згори вниз» (концептуальних) та «знизу вгору» (сенсорних).

Наприкінці 1990-х років ідея обробки «згори вниз» і «знизу вгору» була перенесена та у обчислювальну модель зору. У їхній статті було продемонстровано, що може існувати породжувальна модель сцени (обробка «згори вниз»), яка отримує зворотний зв'язок у вигляді сигналів помилки (тобто інформації про те, наскільки візуальний вхід відрізняється від передбачення), що згодом призводить до оновлення передбачення. Обчислювальна модель змогла відтворити добре відомі ефекти рецептивних полів, а також менш досліджені екстракласичні ефекти рецептивних полів, такі як .

У 2004 році Рік Ґраш запропонував модель нейронної обробки сприйняття — . Згідно з нею, мозок постійно генерує передбачення на основі генеративної моделі (яку Ґраш називав «емулятором») і порівнює це передбачення з фактичними сенсорними сигналами. Різниця, або «сенсорний залишок», потім використовується для оновлення моделі, щоб отримати точнішу оцінку сприйманої області. За Ґрашем, сигнали «згори вниз» і «знизу вгору» поєднуються з урахуванням очікуваного рівня шуму (або невизначеності) у сигналі «знизу вгору». Тому в ситуаціях, коли сенсорний сигнал є завідомо менш надійним, більшої ваги набуває передбачення «згори вниз», і навпаки. Емуляційна структура також виявилася ієрархічною: емулятори, специфічні для певної модальності, забезпечують сенсорні сигнали очікуваннями «згори вниз», тоді як емулятори вищого рівня формують очікування щодо віддалених причин цих сигналів. Ґраш застосував цю теорію до візуального сприйняття, візуальних і моторних образів, мови та явищ теорії свідомості.

Нейронна теорія передбачувального кодування

Значна частина ранніх досліджень, у яких передбачувальне кодування застосовувалося до нейронних механізмів, походила з галузі дослідження сенсорної обробки, зокрема у зоровій корі. Ці теорії припускають, що архітектуру кори головного мозку можна поділити на ієрархічно організовані рівні, які відповідають різним ділянкам кори. Вважається, що на кожному рівні містяться щонайменше два типи нейронів: «нейрони передбачення», які намагаються передбачити вхідні сигнали знизу вгору на поточному рівні, та «нейрони помилки», які сигналізують про різницю між вхідним сигналом і передбаченням. Вважається, що цими нейронами переважно є пірамідні нейрони глибоких і поверхневих шарів, тоді як інтернейрони виконують інші функції.

У межах ділянок кори є докази того, що різні шари кори можуть сприяти інтеграції прямого та зворотного проєктування між різними рівнями ієрархії. Тому вважається, що ці шари кори відіграють центральну роль в обчисленні передбачень і помилок передбачення, а базовою одиницею є кортикальна колонка. Поширеною є думка, що

нейрони помилки розташовані у супрагранулярних шарах 2 і 3, оскільки ці нейрони демонструють рідкісну активність і мають тенденцію реагувати на несподівані події; нейрони передбачення розташовані у глибокому шарі 5, де багато нейронів демонструють інтенсивні реакції; зважування точності може реалізовуватися за допомогою різних механізмів, таких як нейромодулятори або далекі проєкції з інших ділянок мозку (наприклад, таламуса).

Однак наразі немає консенсусу щодо того, яким саме чином мозок найімовірніше реалізує передбачувальне кодування. Деякі теорії, наприклад, припускають, що супрагранулярні шари містять не лише нейрони помилки, а й нейрони передбачення. Також досі тривають дискусії щодо механізмів, за допомогою яких нейрони помилки можуть обчислювати помилку передбачення. Оскільки помилки передбачення можуть бути як негативними, так і позитивними, тоді як біологічні нейрони здатні демонструвати лише позитивну активність, необхідні складніші схеми кодування помилок. Щоб обійти цю проблему, новіші теорії припускають, що обчислення помилки може відбуватися натомість у нейронних дендритах. Нейронна архітектура та обчислення, запропоновані в цих дендритних теоріях, подібні до тих, що запропоновані в теорії ієрархічної часової пам'яті кори головного мозку.

Примітки