Professor Karl Friston* is waarschijnlijk de meest invloedrijke wetenschapper waar je nog nooit van hebt gehoord. Hij werkt aan het wereldberoemde Functional Imaging Laboratory van het London University College, ook wel bekend als het FIL. Het grootste deel van zijn carrière heeft hij er doorgebracht. In 1991 vond hij het Statistical Parametric Mapping (SPM) uit. Dat is een statistische techniek om gegevens te analyseren uit experimentele hersenscans. SPM is ook een softwarepakket waarmee die analyse kan worden gedaan. De elegantie van de methode en het feit dat Friston zijn software gratis weggaf, heeft ertoe geleid dat SPM in ongeveer 90% van alle hersenscanonderzoeken wordt gebruikt. Als gevolg hiervan is Karl Friston de meest geciteerde neurowetenschapper in leven.

   De meesten van ons zouden daar heel blij mee zijn geweest, maar de bijdragen van Friston hielden daar niet op. Hij werkte samen met Chris Frith om een invloedrijk verslag over schizofrenie te ontwikkelen en bedacht iets dat Dynamic Causal Modelling heet. Hij is auteur of co-auteur van meer dan duizend wetenschappelijke artikelen. Dit is een verbijsterend aantal. Ter vergelijking: ik heb er minder dan 20. Dit is deels een gevolg van zijn eminentie maar ook een bewijs dat hij een zeer praktische onderzoeker is die betrokken blijft bij de kern van de zaak. Vrienden die met hem samenwerken, vertellen me dat hij een sympathieke en genereuze collega is. Friston’s vele prijzen en huldebetuigingen omvatten het eervolle lidmaatschap ven de Royal Society en iets dat Golden Brain Award wordt genoemd. Hij heeft het ongetwijfeld verdiend. Hij staat onder hersenwetenschappers bekend als misschien wel de slimste van allemaal.

   Het meest recente idee van Karl Friston is het tot nu toe zijn meest indrukwekkende. Het Free-Energy Principle probeert niet alleen te verklaren wat hersenen doen, maar mogelijk het leven zelf. Dat maakt Friston ook berucht, zoals de nerdy maar goedbedoelde spot van het @FarlKriston-account laat zien. Het probleem is dat het vrije-energieprincipe erg moeilijk is te begrijpen en Fristons verklaringen en vergelijkingen maken de zaak er meestal alleen maar erger op. Ik zal mijn best doen om het te verduidelijken. Maar als je het laatste deel van het stuk niet meer kan volgen, is dat wellicht het juiste moment om naar je veiligheidsdeken te grijpen.

   In Karls eigen woorden luidt het (in het Nederlands vertaald) als volgt:

Dat klinkt toch belangrijk? Blijkbaar kan het alles verklaren, van het bestaan van 'Life as we know it' (Friston, 2013) tot de freudiaanse theorie en ervaringen met psychedelische drugs (Carhart-Harris & Friston, 2010).

   Het geheim zit verscholen in onze Markov-dekens. Zoals Karl behulpzaam uitlegt: "De term Markov-deken werd geïntroduceerd in de context van Bayesiaanse netwerken of grafieken en verwijst naar de kinderen van een verzameling (de verzameling toestanden die worden beïnvloed), zijn ouders (de verzameling toestanden die hem beïnvloeden) en de ouders van zijn kinderen” (Friston, 2013). Heb het? In wezen zijn Markov-dekens een verrijkte versie van de Bayesiaanse netwerken van Judea Pearl. Ze bieden een statistische manier om de grens tussen een organisme en de wereld weer te geven. De wiskunde wordt erg ingewikkeld en combineert Bayesiaanse statistiek, informatietheorie en entropie om uit te leggen hoe een organisme kan overleven in de chaos van het universum. In zekere zin stelt het vrije-energieprincipe dat overleven een soort streven is om te voorkomen dat je te verrast wordt door de toekomst.

   Weten wat er kan gebeuren, dat klinkt als een goede overlevingsstrategie. Karl Friston verstaat onder leven alles wat in staat is zijn eigen toekomst te voorspellen. Van enkele cellen tot Sigmund Freud, hij wikkelt ze allemaal in een Markov-deken en stuurt ze eropuit om de strijd aan te gaan met het onbekende. Het is best handig om organismen op deze manier te beschrijven. Actie, perceptie en leren worden allemaal wiskundig goed gedefinieerde eigenschappen van het systeem. Perceptie biedt informatie om toekomstige voorspellingen te optimaliseren, acties helpen ons uit onzekere (gevaarlijke) situaties te komen, en leren gaat over het actualiseren van interne toestanden en ideeën over de buitenwereld. Dit lijkt misschien een erg abstracte manier om naar dingen te kijken, maar de aanhangers zien het als een algemeen kader dat net zo gemakkelijk kan worden toegepast op bijen als op baby's.

   Critici van Fristons theorie zeggen dat er niets gemakkelijks aan is. Ze beschouwen het als een interessante intellectuele oefening, maar menen dat het principe van vrije energie (FEP) en de nauw verwante Bayesiaanse hersenhypothese (SPM) te algemeen zijn om in de echte wereld te kunnen worden toegepast. FEP is veel abstracter dan SPM. Het is niet eenvoudig in te zien hoe het kan worden gebruikt om te voorspellen hoe de hersenen van volwassenen of baby's op de buitenwereld zullen reageren. Maar dergelijke redenaties worden ook al gebruikt om te begrijpen wat er in echte hersenen gebeurt.

   Mijn lievelingsexperiment op dit gebied is met een groep fretten die naar een film kijken. In wat duidelijk een onverbloemde poging was om een Ignobel-prijs te winnen, lieten Josef Fiser en Michael Weliky van de Universiteit van Rochester fretten naar een dvd van The Matrix kijken. De keuze was weloverwogen, want net als Neo en zijn vrienden hadden de fretten draden uit hun nek hangen. Hierdoor konden de wetenschappers zien wat er in het hoofd van de fretten omging. Ze keken de hele dag naar de film en ‘nachts droomden ze ervan. Daarbij hielpen ze Fiser en zijn collega's om een beter inzicht te krijgen in de werking van hersenen als Bayesiaanse voorspellers (Fiser, Chiu, & Weliky, 2004).

   Josef Fisher is het soort wetenschapper dat Hollywood zou kunnen bedenken. Hij is lang, charmant, knap en onberispelijk gekleed. Hij is Hongaars, maar spreekt Engels met een Amerikaans accent. Zijn werkterrein is de psychologie en neurowetenschap, maar met een sterk wiskundig accent. Als ze een film over hem zouden maken, zou er op de achtergrond een whiteboard met vergelijkingen zijn.

   Het gebruik van de Matrix voor dit onderzoek lijkt wel een dubbele profetische keuze. Bij volwassen fretten ontdekten de wetenschappers patronen van neurale activiteit die significant correleerden met de beelden op het scherm, terwijl babyfretten meer in de war raakten. Bovendien bleven de volwassen dieren na afloop aan de film denken. Dit was best cool, maar het meest verrassende was dat de hersenen van fretten niet alleen passief reproduceerden wat ze zagen. Ze konden erover dromen en daarmee hun model van de wereld actief verbeteren. Net als Neo in de film stemden ze hun bestaande verwachtingen af op hun nieuwe realiteit. Of, in de taal van Karl Friston, minimaliseerden ze hun voorspellingsfouten via een Gibbs-steekproef over de waarschijnlijkheidsruimte.

   Kun je het nog steeds volgen? Wellicht is het nu tijd voor Douglas Adams. In dat heel opmerkelijke boek, het Transgalactisch Liftershandboek, vertelt hij dat onder intergalactische lifters het beste compliment is dat ze 'iemand zijn die weet waar zijn handdoek is'. Er zijn natuurlijk veel praktische toepassingen voor een handdoek wanneer je door het universum reist, maar de grootste waarde van een handdoek is psychologisch. Zoals in het originele boek staat:

“any man who can hitch the length and breadth of the galaxy, rough it, slum it, struggle against terrible odds, win through, and still knows where his towel is, is clearly a man to be reckoned with”

(Adams, 1979)

Baby's en jonge kinderen dragen vaak een veiligheidsdeken of knuffel bij zich tijdens hun avonturen. Sommige schattingen suggereren dat ongeveer 70% van de kinderen sterk gehecht is aan een bepaald object. Dit is vooral een westers fenomeen, mogelijk doordat hier veel vaker kinderen apart van hun ouders slapen dan in oosterse culturen. De standaardverklaring voor deze 'hechtingsobjecten' was, dat ze de plaats zouden innemen van het oorspronkelijke 'object', de moeder en haar borst. Dit blijkt niet het geval. De objecten kunnen in onbekende situaties een gevoel van veiligheid geven, maar het lijkt om gevoelens te gaan die onafhankelijk zijn van de gehechtheid aan de moeder (Donate-Bartfield & Passman, 2004).

   Donald Winnicott (1992) dacht dat gehechtheidsobjecten een herinnering waren aan veiligheid en liefde. Volgens mij klopt dat. Karl Friston en de fretten laten ons echter veiligheidsdekens en fluwelen konijnen in een bredere context zien. Baby's en kinderen gebruiken deze objecten omdat we veiligheid nodig hebben bij het bouwen van onze eigen wereld. Het uiteindelijke doel van het leven is om voldoende van de wereld te ontdekken om verrassingen het hoofd te kunnen bieden. We zullen nooit in staat zijn het onverwachte te verwachten, maar we kunnen en we moeten de reikwijdte en impact ervan zo klein mogelijk maken. Vaak moeten we onze mentaliteit veranderen om te overleven. We doen dit door, net als de fretten, op een Bayesiaanse manier onze kennis van de omgeving aan te passen om zo onszelf te verbeteren.

   Baby's hebben elke dag te maken met verrassingen en moeten voortdurend onzekerheid het hoofd bieden en het onbekende verkennen. Dat is zowel opwindend als vermoeiend. Meer kennis over de wereld is niet voldoende, ze moeten ook hun verwachtingspatroon veranderen, elke dag een nieuwe existentiële crisis. Mummie, teddy of een veiligheidsdeken zijn geruststellende elementen van continuïteit en voorspelbaarheid. Als baby's weten waar die zijns, weten ze waar ze zelf zijn. Wellicht voorkomt dit dat de Markov-deken uitrafelt?

   Het is moeilijk om je voor te stellen wat een wilde rit dit voor hen moet zijn. Volwassenen veranderen ons verwachtingspatroon zelden. We hebben ons hele leven gewerkt aan de overtuiging dat we meestal gelijk hebben. Per slot van rekening is dat volgens de theorie van Friston het punt waar het in het leven om gaat: na verloop van tijd minder te worden verrast. De beste vergelijking die ik bedenken kan is om je voor te stellen dat je thuisplaneet wordt vernietigd en dat je beste vriend een buitenaards wezen blijkt te zijn die je meeneemt op een lift door de melkweg.

   Wellicht ben ik in dit verband bevooroordeeld. Ik heb niet alleen een zwak voor het vreemde, ik heb ook nog een veiligheidsdeken. Die had ik al toen ik klein was. Ik was er zo aan gehecht dat mijn moeder een grote olifant breide en de aftandse katoenen lap op zijn rug naaide. Dat was bedoeld om me te intimideren, maar het onvermijdelijke gevolg was juist dat ik de olifant overal mee naartoe sleepte. De originele deken is tientallen jaren geleden uit elkaar gevallen. Als genegenheidsfactor werd hij vervangen door een wafeldoek die mijn moeder op een dag kocht toen ze vanuit het ziekenhuis op weg naar huis was. In de wafeldoek gewikkeld lag mijn kleine zusje. Ongetwijfeld was ik in haar ogen een vreemd en vriendelijk wezen. Ik vind katoenen kaasdoeken nog steeds erg rustgevend. Heb jij ook zoiets? Ongeveer 30 % van de volwassenen bewaart een oude teddybeer of vergelijkbare jeugdherinnering. Volgens mijn schattingen moet Charlie Browns vriendje Linus van Pelt inmiddels in de zeventig zijn.

   Het toeval wilde dat net toen ik klaar was met de bovenstaande tekst, Karl Friston op bezoek kwam op de universiteit waar ik werk om een lezing te geven. Dit was mijn kans om hem in eigen persoon te horen spreken. Zou ik bedrogen uitkomen? Zijn opening was niet veelbelovend: “Ik kan heel goede colleges geven. Dit is er niet een van.” Maar hij had het mis. Hij vroeg ons om onszelf voor te stellen als hongerige uilen en liet ons logische raadspelletjes spelen. Hij gebruikte enkele van zijn beruchte wiskundige vergelijkingen maar leidde ons er behoedzaam doorheen. Zijn geruststellende, kalme presentatie was ongetwijfeld de vrucht van zijn vroegere opleiding als psychiater.

   Zijn samenvatting van het doel van het leven sluit naadloos aan bij de ambities van onze baby's. Wanneer we worden geconfronteerd met de grote mysteries van het universum, voelen we ons genoodzaakt om ze uit te leggen (al was het maar om ze weg te redeneren). Dit is een kansspel en we worden allemaal geboren met een intrinsieke motivatie om het te spelen. We houden allemaal de score bij door de informatiewinst te meten in de vorm van "Bayesiaanse verrassing" (of geminimaliseerde vrije energie). Na afloop vertelde ik hem over dit boek [De Lachende Baby] en vroeg hem wat hij ervan vond hoe dit moet voelen voor baby's die het spel zoveel intenser spelen dan volwassenen? In zijn ogen bestond er geen betere analogie dan met het liftershandboek. En, wijs man als hij is, heeft hij de vraag ook omgedraaid. 'Daarom zijn we toch wetenschappers? Om te blijven zoeken en te proberen dat gevoel van vreugde terug te vinden?'

“In truth it's blankets all the way down. So cuddle close and keep that free energy minimal.”

(@FarlKriston, 8 Dec 2017)

Referenties

Douglas Adams. The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy. Serious Productions Ltd, 1979; in het Nederlands vertaald als Het Transgalactisch Liftershandboek. Fontein SF, 1980

Caspar Addiman. The Laughing Baby. Unbound, 2020

Robin Carhart-Harris & Karl Friston (2010) https://academic.oup.com/brain/article/133/4/1265/307446

Evelyn Donate-Bartfield & Richard Passman (2004) https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15382970/

József Fiser, Chiayu Chiu & Michael Weliky (2004) https://www.nature.com/articles/nature02907

Karl Friston (2013) https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/~karl/Life%20as%20we%20know%20it.pdf

Karl Friston (2010) https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/~karl/The%20free-energy%20principle%20A%20unified%20brain%20theory.pdf

Donald Winnicott. The Child, the Family and the Outside World. Hachette Books, 1992