自由エネルギー原理
カール•フリストンが2011年に提唱した理論
物理的な脳が、どのようにして客観的な、あるいは現象的な意識を宿しているか？
この疑問に対して、生命物理学から迫った理論。
>フリストンの基本的な説明
1.自由エネルギーの定義
>自由エネルギー原理について、「自由エネルギー原理とは、環境と平衡状態にある自己組織化システムは、その自由エネルギーを最小にしなければならない、というものである。この原理は、基本的に適応システム（動物や脳などの生物学的要素）が、無秩序になる自然な傾向にどのように抵抗するかを数学的に定式化したものである。」
> (Friston, K. J. (2010) The free-energy principle: a unified brain theory?)
2.熱力学的自由エネルギーとの関連
(ボルツマン・ヘルムホルツ)
情報論的自由エネルギーとも呼ばれる、シャノン情報量との対比も重要。
古典神経科学及び哲学の議論に於いては。
理性(悟性)
二つの解析と融合を目指すような位置にある。（意識はどこから生まれてくるのか？）
ここで言う適応システムと言うものは、熱力学的な非平衡定常状態を示す自己組織化した系のこと。
物質的脳から情報論的脳までを、内部と外部におけるマルコフ性が産む、統計力学的な膜として神経細胞や生物を理解しようとしている。
フリストンの知覚－行動ループ
自由エネルギー原理において、人間を始めとする自己組織化システム（以下エージェント）の生存原理とされているもの。
>エージェントは、世界からの知覚と、エージェントの行動によってのみ、世界を知ることができるという考え方です。(乾訳 2022 能動的推論ｐ.45-46）
A＝U-TS
A…自由エネルギー
U…全内部エネルギー
T…温度
S…エントロピー
自由エネルギーは、
全内部エネルギーから、
温度によるエントロピーの増大というコストを調節する必要エネルギーを引いたもの。
この方程式は「自由エネルギーは、内部エネルギーの総量からすでに使われているエネルギーを差し引いたものに等しい」ことを示す。
フリストンの自由エネルギーは、情報の文脈で自由エネルギーを定量化するために、同じ方程式を変形している。
「フリストンの自由エネルギーは、平均エネルギーからエントロピーを引いたものに等しい」
平均エネルギー
あるモデルの下で起こる出来事の予期された確率。ベイズ統計で言う尤度と同じ。
実際に起こる出来事の発生率を意味している。
つまり、フリストンの変分自由エネルギーとは、
ある一連の事象から得られると予期された情報量と
実際にそこから得られる情報量との差のこと。
(予測システムのエントロピーは、 その平均情報量であり、その情報量の増加は確率の減少を意味する)。
「フリストンの自由エネルギー」＝「平均エネルギー」−「エントロピー」という方程式は、
「ヘルムホルツの自由エネルギー」＝「総内部エネルギー」−「仕事を遂行するのに利用不可能なエネルギーという方程式と、基本的に同じこと。
>生物は感覚入力の予測しにくさを最小化するように、内部モデルおよび行動を最適化し続けている。
>(磯村 2018)」
外界入力、自由エネルギー、外界入力の予測、しづらさを自由エネルギーとして、
その自由エネルギーを最小化するように、つまり、サプライズを最小化するように能動的推論を行う
>出典•参考
意識はどこから生まれてくるのか？ | マーク・ソームズ, 岸本 寛史, 佐渡 忠洋 青文社
乾 敏郎,阪口 豊. 脳の大統一理論
よくわかるフリストンの自由エネルギー原理 吉田正俊
理化学研究所脳神経科学研究センター
磯村 拓哉
自由エネルギー原理について誰でもわかる、明快かつ深い解説 -1-
自由エネルギー原理の応用的理解
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