İnsanoğlu uzun zamandır hayatın sırlarını açıklama arayışı içindedir.

Şunun gibi sorularla musallat olduk: Hayat nedir? O nasıl çalışır? Neden var? Amacı nedir? Ve bunun gibi.

Uzun bir süre boyunca, tek yapabildiğimiz bazı şeyler uydurup takılıp takılmadığına bakmaktı. Ve herkesi şaşırtacak şekilde birçoğu işe yaradı!

Neyse ki, bir şeyler uyduranlarla paralel olarak, birçok kişi de bu soruların peşinden çok daha metodik ve titiz bir şekilde gidiyordu. Bir kez daha herkesi şaşırtacak şekilde, orada da inanılmaz bir ilerleme kaydedildi!

Robert Hooke’un canlı hücreyi keşfi, Charles Darwin’in Evrim teorisi ve Francis Crick ile James Watson’ın DNA’yı keşfi bu arayıştaki en önemli üç mihenk taşıdır.

Yaşamın fiziksel organizasyonunu, zaman içinde nasıl ve neden değiştiğini ve her şeyi kontrol eden yaşam kodunu anlamamıza yardımcı oldular.

Size söylemek üzere olduğum şey, bu yolculukta eşit derecede önemli başka bir dönüm noktasına ulaşmış olabileceğimizdir! Artık hayatın en derin teorilerinden birine sahibiz. Başından beri ilk prensiplerden yola çıkarak geliştirildi!

Serbest Enerji Prensibi

Bu teorinin adı Serbest Enerji İlkesi’dir ve keşfinin itibarı dünyanın en çok alıntı yapılan sinirbilimcisi Karl Friston’a aittir.

Hayatın temel yönlerini ve onun temel işleyişini fizik ve matematiğe dayalı olarak açıklayabilen, akıllara durgunluk verecek kadar orijinal ve son derece titiz bir teoriden başka bir şey değildir.

Bu teorinin lisede öğretilmesi gereken kadar önemli olduğuna inanıyorum. Ne yazık ki, birçok bilimsel alanda ve matematikte bazı zor kavramlara dayanmaktadır ve bu, onu çoğu insanın ulaşamayacağı bir yerde tutmuştur.

Bu yüzden bu yazıda; basitleştirilmiş bir açıklama sunarak, herkesin bunun etrafında bir sezgi oluşturmasına ve hatta belki de kendi hayatlarında yararlı bulmasına yardımcı olacak bazı tartışmalar sunarak özünü damıtmaya çalıştık. Matematik veya anlaşılmaz bilimsel kavramlar yok.

Aslında, Friston’ın kendisi, başlamamıza yardımcı olacak oldukça iyi bir düşünce deneyi sağlıyor.

Canlanan Mürekkep Damlası

Bir bardak suya bir damla mürekkep koyduğunuzu hayal edin. Ne görmeyi beklerdin?

Damlanın yavaş yavaş suya dağılmaya başlamasını beklersiniz. Sonunda, suyun tamamı orijinal mürekkep renginin daha açık bir tonuna dönüştüğünde, tüm su bardağı bir denge durumuna ulaşır.

Bu, muhtemelen çoğumuzun lisede öğrenmiş olduğu gibi, Entropi adlı doğal bir fenomenin sonucudur. Entropi, konsantre veya yapılandırılmış şeylerin zaman ilerledikçe dağılmasına veya parçalanmasına ve sonunda çevreleriyle bir denge durumuna ulaşmasına neden olur.

Ama şimdi, bu mürekkep lekesinin dağılmadığını hayal edin. Bunun yerine, biraz genişledi, sonra geri büzüştü. Ve bunu uzun süre yapmaya devam etti!

Olağandışı bir şeylerin döndüğünü hemen hissedersiniz. Mürekkep damlası bir anlamda “canlı” gibi görünürdü.

Bu sezgi son derece makul çünkü canlı yaratıkların yaptığı tam olarak bu – zamanla genişleyebilir, büzülebilir veya hareket edebilir veya değişebilirler, ancak çevrelerine dağılmazlar. (Aslında yaptıklarında biz buna ölüm yani cansızlık diyoruz.)

Her canlı hücrenin, kendisini çevresiyle denge durumuna ulaşmaktan uzak tutarak entropinin neden olduğu dağılmaya direnen bazı karmaşık kimyasalların bir damlası gibi olduğu söylenebilir.

Yaşam Sistemleri

Bunu canlı hücrelerin çok ötesine genelleyebiliriz. Hücreler, daha sonra tüm canlı organizmaları oluşturan organları oluşturmak için bir araya gelirler ve bunlar da sırayla koloniler veya topluluklar veya hatta bir gezegenin tüm ekosistemi olarak gruplanabilir.

Hatta bunun ötesine geçerek, karbon bazlı olmayan uzaylı yaşamı veya otonom yapay zeka ajanları (robotlar) gibi biyolojik olmayan varlıklar veya ülkeler, dinler veya siyasi felsefeler gibi soyut sosyal varlıklar alemine bile gidebiliriz.

Bunların hepsi birer “canlı sistem” örneğidir ve hepsi de dengeden uzak durma ve entropiye uzun süre direnme özelliğini sergilemektedir. Tüm canlı sistemlerin en temel özelliğidir.

Tabii ki, ortaya çıkan soru, entropinin bu kadar güçlü bir güç olduğu göz önüne alındığında, canlı sistemlerin bunu nasıl başardığıdır. Ve bu, tüm canlı sistemlerinde ortak gibi göründüğüne göre, hepsinin altında yatan genel bir ilke var mı?

Bu tam olarak Friston’ın sorduğu şeydi ve birçok alanı kapsayan uzun ve yoğun bir araştırma döneminden sonra şu sorunun cevabını buldu: Serbest Enerji İlkesi (FEP)!

Friston’ın Yaşam Sorununun Dahi Formülasyonu

Her canlı sistemin çevresinden bir nevi “derisi” gibi bir sınırla ayrıldığını gözlemleyerek başlayalım. Aslında, matematikçilerin bu sınır için bir adı olduğu ortaya çıktı – bu, Markov Battaniyesi olarak biliniyor.

Örneğin herhangi bir tek hücreli canlının hücre duvarı böyle bir örtüdür. Tüm vücudumuzu saran deri de bir Markov Battaniyesidir. Bir ülke yaşayan bir sistem olarak düşünülürse, sınırı da böyle bir battaniye olarak düşünülebilir.

Ayrıca yukarıdaki “canlı mürekkep damlası” örneğinde de gördüğümüz gibi, canlı sistem bir şekilde çevresine dağılmasını engellemek zorundadır. Tahmin edebileceğiniz gibi, aşağıda göreceğimiz gibi, Markov Battaniyesi bunda çok önemli bir rol oynuyor.

FEP’i üst düzeyde anlamak için yukarıdaki diyagramın çeşitli bölümlerini inceleyelim.

Dahili Durumlar

İlk olarak, canlı bir sistemin entropiye karşı ayakta kalabilmesi için, varlığını sürdürmesini destekleyebilecek sınırlı bir durum yelpazesi içinde kalması gerektiğini fark etmek gerekir. Bu aralığın dışına çıkarsa tehlikededir.

Örneğin, vücudunuzun sıcaklığı, kan basıncı, kan şekeri seviyesi vb. gibi belirli durumları vardır. Bu parametrelerin değerlerinin her zaman belirli bir aralıkta kalması gerekir, yoksa düzgün çalışmazsınız. Bu, içinde var olabileceğiniz durumlar aralığının sınırlı olduğunu söylemekle aynı şeydir.

Bu tür durumlara sistemin “İç Durumları” diyeceğiz.

Gizli Durumlarla Dinamik Ortam

Benzer şekilde, ortam da çok sayıda duruma sahip olarak tanımlanabilir.

Suda yüzen bir amip gibi basit bir sistem için çevre, su sıcaklığı, basınç, tuzluluk, asitlik vb. gibi basit durumlarla karakterize edilebilir.

Bütün bir ülke gibi daha karmaşık sistemler için, dünyanın askeri, ekonomik, demografik, politik, teknolojik, çevresel durumları gibi karmaşık şeyler olabilir.

Ve bu haller canlı sistemin dışında olduğundan ve bu yüzden onun tarafından bilinmediğinden onlara “Gizli Durumlar” diyoruz.

Algı ve Eylem

Şimdi, söylendiği gibi, “tek sabit olan değişimdir”, yani çevre değişmeye devam ediyor.

Canlı sistemin kendini sürdürebilmesi için ortamdaki bu tür değişiklikleri algılayabilmesi, nasıl tepki vereceğini bulmak için bunları işleyebilmesi ve ardından uygun önlemleri alabilmesi gerekir.

Yukarıdaki şemada gösterildiği gibi, canlı sistemin içindekiler ile çevresi arasındaki arayüzü oluşturan Markov Battaniyesi, algılama ve eylem mekanizmalarını içerir. Yukarıdaki gerekliliğin birinci ve üçüncü kısımlarını yerine getirirler.

Orta kısım, çevrenin bir “modelini” ve sistemin “İç Durumlarını” içeren canlı sistemin iç kısımları tarafından ele alınır.

Bu model, canlı sistem tarafından, çevre ile önceki etkileşim deneyimlerinden öğrenilenlere dayanarak inşa edilmiştir.

Üretken Model

Artık başarılı yaşayan sistemler sadece çevrelerine tepki vermiyor. Önüne geçmeye çalışırlar.

Bu, çevrenin bundan sonra ne yapabileceğini tahmin edebilmeleri ve bunlara hazır olmaları, böylece herhangi bir sürprizden kaçınmaları gerektiği anlamına gelir.

Bu nedenle modelin “üretken” olması, yani çevrenin bundan sonra ne yapabileceği ve bunlara nasıl tepki verebileceği konusunda olasılıklar üretebilmesi gerekir, bu nedenle bu olasılıklardan herhangi birinin gerçekleşmesi şaşırtıcı olmayacaktır.

Örneğin, yaşayan bir sistem olarak düşünülebilecek ideal küresel sağlık sistemi, üretken bir modeli de içerecektir. Böyle bir model geçmiş deneyimlerine dayanarak her an bir pandemi olabileceğini öngörebilir ve çeşitli izolasyon protokolleri ve aşı araştırmalarıyla buna hazır olabilir. Yani böyle bir şey olduğunda şaşırmaz ve etkili bir şekilde karşılık verebilir.

Sürprizi En Aza İndirmek

Tabii ki, üretken bir modelin ortaya çıkarabileceği olasılıklar sonsuzdur, bu yüzden onu bir şekilde kısıtlamaya ihtiyaç olduğu açıktır.

Bu kısıtlama nedir?

FEP’e göre kısıtlama, sistemin çevresi değiştiğinde yaşayabileceği sürprizin en aza indirilmesidir.

Matematiksel terimlerle sürprizi en aza indirmek aynı zamanda “serbest enerjiyi en aza indirmek” olarak da adlandırılır (ilkenin adı buradan gelir).

(Bu arada, bu serbest enerji, termodinamik serbest enerji kavramıyla karıştırılmamalıdır, istatistiklerden elde edilen Değişken Serbest Enerji ile ilgilidir.)

Matematiğe girmeden, sürprizi en aza indirdiğinizde, temel olarak modelinizi, ortamın bundan sonra ne yapabileceğini tahmin etmede daha iyi hale gelecek şekilde geliştirdiğiniz sezgisel olmalıdır.

(Yani “Sürprizlerden nefret ederim” diyenler haklıymış! Ben de onlardan biriyim, bu yüzden tamamen haklı hissediyorum! 😊

Aslında, zaman içinde arkadaşlarımızın davranışlarının modellerini oluştururuz ve sonuç olarak, çoğu zaman bir şeylerin yolunda olduğunu hissedebilir ve tümünü bilmesek de, bir tür sürprizin önümüze gelebileceğini tahmin edebiliriz. detaylar. Yani, bu sürprizi en aza indirme eğilimindeyiz!)

Ama bekleyin, dahası var!

Aktif Çıkarım

Aktif Çıkarım olarak bilinen FEP’in bir diğer önemli kısmı. Canlı bir sistemin çevresindeki değişimlerle 2 şekilde baş edebileceği gerçeğinden ortaya çıkmaktadır:

1. Çevreyle daha uyumlu olması için dahili modelini güncelleyebilir veya
2. İçsel modele uygun olarak çevresini daha iyi hale getirecek aksiyonlar alabilir.

1’i yapmak için, sistemin ortamın gizli durumlarını tahmin etmesi ve dahili modelini buna göre ayarlaması gerekir, böylece gelecekte bunları daha iyi tahmin edebilir.

Örneğin, rüzgar estiğinde sıcaklığın hemen ardından düştüğünü fark edebilirsiniz. Yani bir dahaki sefere rüzgar estiğinde ceketini ararsın.

Daha önce belirtildiği gibi, bu Bayes Çıkarımı kullanılarak yapılır.

2’yi yapmak için, sistemin olasılıklar üretmesi ve sonra dışarı çıkıp ya bunları ortamda araması ya da onu üretilen olasılığa daha çok benzeyecek şekilde çevreyi değiştirmesi gerekir.

Bu, Aktif Çıkarım olarak bilinen şey kullanılarak yapılır.

Örneğin, bir bakteri sol tarafındaki sıcaklığın sağ tarafına göre daha rahat olduğunu fark edebilir. Bu nedenle, içsel üretken modeli, daha rahat hissetmesi için sola hareket etme olasılığı ile ortaya çıkabilir ve ardından gerçek hayatta bunu başarmak için buna göre hareket edebilir.

Çeşitli bilimsel araştırmalar beynimizin aslında bu şekilde çalıştığını göstermiştir. İster planlama ve strateji oluşturma, ister bilimkurgu şeklinde olsun, geleceğe yönelik devam eden ilgimiz de bu kategoriye giriyor.

Bu, kısaca, Serbest Enerji İlkesi!

Bu geniş ve önemli konunun hakkını bir gönderide vermek zor. FEP hakkındaki sezgilerimizi ve bunun yaşamla ilgili uzun süredir devam eden pek çok soruyu nasıl yanıtlayabileceğini daha da geliştirmek için bunun üzerine biraz daha yazmayı planlıyorum. Bizi izlemeye devam edin!

Ve bu arada, sürprizlerden kaçının ve (böylece) çok yaşayın!