Mitä on ennakoiva prosessointi

Ennakoivan prosessoinnin (engl. predictive processing) viitekehys sai alkunsa visuaalista havaitsemista koskevasta tutkimuksesta. Jo vuonna 1867 Hermann von Helmholtz esitti teorian aivojen tiedostamattomasta päättelystä, joka ilmenee erityisesti visuaalisissa illuusioissa. Aivoilla on kyky täydentää ja muokata havaintoa lisäämällä siihen sellaista tietoa, jota todellisuudessa ei ole. Tunnettu esimerkki tästä on Kanizsan kolmio, jossa kolmiota ei ole piirretty, vaan se havaitaan muiden muotojen rajojen perusteella.

Toinen merkittävä kehitysaskel viitekehykselle oli Raon ja Ballardin (1999) artikkeli. Tilastollisten simulaatioiden avulla he pyrkivät ymmärtämään paremmin visuaalisen aivokuoren toimintaa. He keskittyivät empiirisesti havaittuun ilmiöön siitä, että jotkin näköaivokuoren neuronit aktivoituvat silloinkin, kun ärsykkeet esiintyvät niiden vastaanottokentän ulkopuolella. Aiemmin ilmiötä oli selitetty muun muassa lateraalisen inhibition prosessilla, jossa läheiset neuronit estävät toistensa toimintaa, parantaen näköhavaintojen kontrastia. 

Raon ja Ballardin oivallus oli, että tieto kulkee näköaivokuorella kahteen suuntaan. Ylemmän tason neuronit lähettävät alemmille tasoille ennusteita siitä, millaista tietoa ne odottavat saavansa (palauteprosessi). Alemman tason neuronit vertaavat näitä ennusteita saamiinsa aistisyötteisiin. Jos ennusteet poikkeavat saapuneesta aistitiedosta, alempien tason neuronit lähettävät virhesignaalin takaisin ylemmille tasoille (eteenpäin suuntautuva prosessi). Tämä kehämäinen ja hierarkkinen malli selitti aiempia teorioita paremmin näköaivokuoren toimintaa. Mallin paikkansapitävyys on sittemmin vahvistettu empiirisen aivotutkimuksen avulla (esim. Kok et al., 2012).

Valikoiva prosessointi on aivojen toiminnan kannalta ekonomisempaa kuin kaiken aistitiedon tasapuolinen prosessointi.

Ennakoivan prosessoinnin viitekehyksen ydinajatus on, että aivot pyrkivät aktiivisesti minimoimaan odotetun ja havaitun aistitiedon välisen epäsuhdan (Clark, 2016). Tämä prosessi perustuu mielessä rakentuneisiin odotuksiin (engl. priors) ja niistä poikkeavaan aistitietoon, jotka synnyttävät ennustevirheitä (engl. prediction error). Lähestymistapa haastaa perinteisen käsityksen, jonka mukaan havainnot rakentuisivat aina aistielimistä kohti aivojen korkeampitasoista prosessointia. Ennakoivan prosessoinnin viitekehyksen mukaan kokemus maailmasta perustuu enimmäkseen aivojen luomiin odotuksiin, ja vain odottamattomille tapahtumille annetaan painoarvoa. Tämä valikoiva prosessointi on aivojen toiminnan kannalta ekonomisempaa kuin kaiken aistitiedon tasapuolinen prosessointi.

Friston (2010) puolestaan laajensi ennakoivan prosessoinnin viitekehystä kehittämällä käsitteen vapaasta energiasta. Hänen mukaansa pyrkimys minimoida ennustevirheitä – eli vapaan energian määrää – on perustavanlaatuinen biologinen prosessi, joka ohjaa kaikkien elollisten olentojen toimintaa. Vapaan energian minimointi ei kuitenkaan rajoitu ainoastaan mentaalisten odotusten päivittämiseen, vaan se ilmenee myös aktiivisessa toiminnassa. Onkin esitetty, että motorisen säätelyn ja havaitsemisen neuraaliset mekanismit ovat yllättävän samankaltaisia (Adams et al., 2012). Ihmisellä on kyky toimia ja muokata ympäröivää maailmaa sellaiseksi, että odotukset vastaavat paremmin saatavaa aistitietoa. Tämä näkökulma auttaa selittämään ihmisen tavoitteellista toimintaa ja uteliaisuutta.

Autismin ymmärtäminen

Autismikirjon oirekuvaan kuuluvat usein rutiinien suosiminen sekä aistiyliherkkyydet. Tutkijat ovatkin pohtineet, voisiko ennakoivan prosessoinnin viitekehys valottaa autismin taustamekanismeja. Autismin epätasapainohypoteesi esittää, että autistisilla henkilöillä aivot saattavat antaa liian suuren painoarvon aistitiedolle, tai vastaavasti liian vähäisen painoarvon ennakko-odotuksille. Tämä epätasapaino voi johtaa siihen, että pienetkin poikkeamat tutuista rutiineista synnyttävät merkittäviä ennustevirheitä, jotka subjektiivisesti koetaan kuormittavina.

Chrysaitis ja Seriés (2023) kokosivat yhteen viimeisen 10 vuoden aikana tehtyjä tutkimuksia autismikirjosta ja ennakoivasta prosessoinnista (k = 83). Katsaus osoitti, että tutkimusnäyttö on varsin ristiriitaista. Asetelmissa, joissa tarkasteltiin yleiseen tietämykseen liittyviä odotuksia, ei juuri havaittu merkittäviä eroja autististen ja ei-autististen henkilöiden välillä. He reagoivat esimerkiksi yhtä yllättyneesti esineisiin, joiden paino ei vastannut niiden kokoon perustuvia odotuksia (Arthur et al., 2019). Yhtä lailla, Kanizsan kolmion herättämä neuraalinen aktiviteetti ei eronnut autististen ja ei-autististen henkilöiden välillä (Utzerath et al., 2019). 

Hieman enemmän positiivisia löydöksiä saatiin kuitenkin asetelmista, joissa tutkittavat joutuivat muodostamaan uusia implisiittisiä odotuksia. Esimerkiksi eräässä tutkimuksessa tutkittaville esitettiin kuvapareja, joissa useimmiten esiintyi sama asia (esim. auto-auto), ja vain harvoin kaksi eri asiaa (esim. auto-eläin) (Utzerath et al., 2018). Tutkittavia ei ohjeistettu kiinnittämään poikkeaviin kuvapareihin erityistä huomiota. Tulokset osoittivat, että autistisilla henkilöillä esiintyi vähemmän visuaalisen aivokuoren habituaatiota vasteena usein esiintyville kuvapareille. Tämä voi viitata vaikeuteen muodostaa aistitietoa ennakoivia odotuksia. 

Kaikkinensa Chrysaitis ja Seriés (2022) kuitenkin toteavat, että tutkimusnäyttö autismin epätasapainohypoteesista on puutteellista. Jatkossa tulisi pyrkiä selvittämään aiempaa tarkemmin, millaisissa olosuhteissa autismiin mahdollisesti liittyvät ennustevirheet ilmenevät.

Ahdistuneisuushäiriön ymmärtäminen

Ennakoivan prosessoinnin viitekehystä on sovellettu myös mielenterveyden häiriöiden ymmärtämiseen. Se voi auttaa selittämään esimerkiksi psykoottisten harhojen muodostumista (Keller & Sterzer, 2024), masennukseen liittyvien uskomusten itsepintaisuutta (Kube et al., 2020) ja terapian muutosprosesseja (Villiger, 2024). Jin ja kollegat (2023) ovat puolestaan demonstroineet, kuinka ennakoivan prosessoinnin viitekehyksellä voidaan kuvata sosiaalista ahdistuneisuushäiriötä ja siihen liittyviä kognitiivisia vinoumia.

Jin ja kollegoiden (2023) mallissa ahdistuneisuushäiriön taustalla vaikuttavat uhkaa koskevat odotukset. Ennakoivan prosessoinnin viitekehyksen mukaan kaikkiin odotuksiin liittyy tarkkuusarvioita (engl. precision). Ne viittaavat siihen, miten luotettavina tai todennäköisinä kutakin odotusta pidetään. Ahdistuneisuudessa keskeistä on se, että uhkiin liittyville odotuksille on annettu hyvin korkea tarkkuusarvio (esimerkiksi ”Sydämeni hakkaa joten näytän varmasti ahdistuneelta”). Tämän seurauksena uhkaan liittyvät odotukset hallitsevat havaintojen ja kokemusten jäsentämistä. Ne syrjäyttävät epätarkempina pidetyt turvallisuuteen liittyvät uskomukset.

Toinen ongelma häiriötasoisessa ahdistuneisuudessa on se, että uhkaan ja turvattomuuteen liittyvät tilanteet tuntuvat tutuilta (Jin et al., 2023). Näissä tilanteissa aivot saattavat toimia ikään kuin autopilotilla, jolloin vakiintuneet odotukset ohjaavat havainnointia ja käyttäytymistä. Tämä on mielenterveyden kannalta ongelmallista, sillä ennustevirheitä ei pääse syntymään, eivätkä vallitsevat odotukset näin ollen päivity. Turvallisen terapiasuhteen kontekstissa voikin olla hyödyllistä, jos ahdistaviin tilanteisiin löytyy jokin uusi ja yllättävä näkökulma (Villiger, 2024). Tämä voi heikentää odotusten tarkkuusarviota ja lisätä avoimuutta niiden uudelleen päivittämiselle.

Jallu Lindblom työskentelee tutkijana ja yliopisto-opettajana Tampereen yliopistossa ja tutkijana Turun yliopistossa.

Teksti on julkaistu Psykologi-lehdessä 3/2024.