A generative model of body ownership and minimal selfhood

Abstract

The experience of a body as one’s own enables one to perceive and interact with the world. Body ownership has long been recognized as one of the enabling conditions for minimal selfhood. The rubber hand illusion (RHI) demonstrates that simultaneous touch to a dummy hand and one’s hidden real hand induces an illusion of feeling the touches on the dummy hand, and a corresponding illusion of “ownership” of the dummy hand. The mechanisms underlying the RHI have been speculatively explained in terms of Bayesian inference on ambiguous sensory input, and the implementation of such mechanisms has been ascribed to fronto-parietal brain areas. However, research has not established a link between neuroanatomical models of the RHI and models of probabilistic information processing in the brain, nor a connection of these models to philosophical accounts of minimal selfhood. The papers presented here were aimed at addressing these issues, via an application of the free energy principle (FEP), an account of cortical information processing focused on predictive coding. In two fMRI studies, we demonstrated an involvement of visual body-selective brain regions in the RHI. During the RHI these areas interacted with the fronto-parietal circuit identified previously; the resulting network showed enhanced connectivity from somatosensory and visual areas to multimodal parietal areas. A TMS experiment showed that disrupting activity of the body-selective visual cortex increased behavioral effects of the RHI. Finally, in two theoretical papers, the compatibility of the FEP with philosophical accounts of minimal selfhood is demonstrated. Taken together, these papers show that the information flow during manipulations of body ownership may well be formalized within a predictive coding scheme, and thus suggest the FEP as the missing link between models of the RHI and cortical information flow, and as an explanation of the mechanisms underlying minimal selfhood in terms of prediction error suppression across a hierarchical generative model of the world.

Einen Körper als „meinen“ zu erleben, ermöglicht es, die Welt wahrzunehmen und mit ihr zu interagieren. Der „Besitz“ eines Körpers wurde schon früh als eine Grundvoraussetzung für ein minimales Selbstbewusstsein erkannt. Die Gummihand- Illusion (GHI) zeigt, dass die simultane Berührung einer künstlicher Hand und der eigenen Hand die Illusion erzeugt, die Berührung auf der künstlichen Hand zu spüren, was einen illusorischen „Besitz“ der künstlichen Hand zur Folge hat. Es wurde spekuliert, dass die Grundlage der GHI durch Bayessche Inferenz erklärt werden kann. Die neuronale Implementation solcher Mechanismen vermutet man in fronto-parietalen Hirnarealen. Jedoch ist bisher noch keine Verknüpfung zwischen neuroanatomischen Modellen der GHI und Modellen probabilistischer Informationsverarbeitung im Gehirn, oder philosophischen Erklärungen des minimalen Selbst aufgezeigt worden. Die hier vorgestellten Arbeiten sollten mit Hilfe des Freie-Energie-Prinzips (FEP), einer Erklärung kortikaler Informationsverarbeitung fokussiert auf Prädiktionskodierung, diesen offenen Fragen nachgehen. In zwei fMRT Untersuchungen weisen wir die Beteiligung visuell körperselektiver Hirnregionen an der GHI nach. Während der GHI interagierten diese Regionen mit den schon beschriebenen fronto-parietalen Hirnarealen. Darüber hinaus war im Gesamtnetzwerk die Konnektivität vom somatosensorischen und visuellen Kortex zum multimodalen parietalen Kortex verstärkt. In einem weiteren Experiment rief ein Stören der Aktivität im körperselektiven visuellen Kortex mittels TMS eine Verstärkung behavioraler Effekte der GHI hervor. Schließlich wird in zwei theoretischen Artikeln die Kompatibilität des FEP mit philosophischen Zugängen zum minimalen Selbst herausgestellt. Insgesamt zeigen diese Arbeiten, dass der Informationsfluss während illusionärem „Körperbesitz“ plausibel mittels Prädiktionskodierung formalisiert werden kann. Damit ermöglicht das FEP den fehlenden Brückenschlag zwischen Modellen der GHI und solchen kortikaler Informationsverarbeitung. Darüber hinaus bietet das FEP eine Erklärung der Mechanismen des minimalen Selbst durch Unterdrückung eines Vorhersagefehlers in einem hierarchischen generativen Modell der Welt.