張江集智谷線下主講：因果涌現(xiàn)與多尺度研究

導(dǎo)語

為了系統(tǒng)梳理因果涌現(xiàn)最新進(jìn)展，北京師范大學(xué)系統(tǒng)科學(xué)學(xué)院教授、集智俱樂部創(chuàng)始人張江老師領(lǐng)銜發(fā)起，邀請(qǐng)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)與涌現(xiàn)問題感興趣的研究者與同好共同研讀前沿文獻(xiàn)、碰撞科研靈感。

本周開啟第七季第一期，主題“因果涌現(xiàn)與多尺度研究”。張江老師梳理因果涌現(xiàn)多條路徑（因果度量、信息分解、可逆性與SVD），展望因果涌現(xiàn)2.0與層論方向；王志鵬學(xué)者以腦神經(jīng)數(shù)據(jù)為例，介紹以機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的最優(yōu)粗粒化框架，揭示清醒狀態(tài)下的跨尺度因果整合與涌現(xiàn)峰值。歡迎感興趣的朋友加入讀書會(huì)，一起在這片快速生長、思想頻出的研究領(lǐng)域中把握脈絡(luò)、發(fā)現(xiàn)問題、尋找未來的科研方向。

本期活動(dòng)為線上線下同步，線下為北京門頭溝區(qū)集智谷，歡迎報(bào)名線下，來集智谷打卡。

報(bào)告簡介

張江：因果涌現(xiàn)的多條路徑：因果度量、信息分解與SVD

因果涌現(xiàn)理論試圖利用動(dòng)力學(xué)的因果效應(yīng)和粗粒化來量化復(fù)雜動(dòng)力系統(tǒng)中的涌現(xiàn)現(xiàn)象。自從2013年該理論的提出以來，因果涌現(xiàn)已經(jīng)生長出多條不同的發(fā)展路徑，包括Erik Hoel的最大化有效信息的經(jīng)典路徑、Rosas等人基于整合信息分解的路徑，以及我們團(tuán)隊(duì)發(fā)展起來的基于動(dòng)力學(xué)可逆性和SVD的因果涌現(xiàn)理論路徑等。近期，因果涌現(xiàn)的文獻(xiàn)又呈現(xiàn)出小爆發(fā)的態(tài)勢，新的思想不斷涌出，例如Erik Hoel的因果涌現(xiàn)2.0將理論引向了復(fù)雜系統(tǒng)的多尺度分析框架之下；基于層論的因果涌現(xiàn)則可能為大模型的可解釋性提供新的理論框架等。本講座將回顧因果涌現(xiàn)的發(fā)展歷史，并對(duì)若干未來的理論和應(yīng)用的前沿發(fā)展方向進(jìn)行展望，同時(shí)也對(duì)整個(gè)本季讀書會(huì)的內(nèi)容進(jìn)行鳥瞰式概覽。

王志鵬：基于多尺度因果力視角下的腦神經(jīng)系統(tǒng)中的因果涌現(xiàn)

因果涌現(xiàn)理論發(fā)展迅速，但目前主要應(yīng)用于簡單系統(tǒng)，在解決真實(shí)腦神經(jīng)等復(fù)雜系統(tǒng)問題時(shí)仍面臨挑戰(zhàn)。意識(shí)作為神經(jīng)科學(xué)與機(jī)器學(xué)習(xí)的交叉領(lǐng)域，其如何從集體神經(jīng)活動(dòng)中產(chǎn)生尚待闡明——盡管意識(shí)將宏觀體驗(yàn)與微觀神經(jīng)活動(dòng)相聯(lián)系，但跨尺度的因果整合機(jī)制仍不清晰。整合信息理論與因果涌現(xiàn)理論分別從內(nèi)在因果結(jié)構(gòu)和跨尺度因果力角度解釋意識(shí)，卻因缺乏跨尺度數(shù)據(jù)和計(jì)算限制而難以驗(yàn)證。本次讀書會(huì)將介紹一項(xiàng)研究：通過機(jī)器學(xué)習(xí)框架分析小鼠背側(cè)皮層在不同意識(shí)狀態(tài)下的近單細(xì)胞鈣成像數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)最優(yōu)粗粒化策略以最大化預(yù)測精度和宏觀因果力。研究發(fā)現(xiàn)清醒狀態(tài)下存在低層級(jí)輸入驅(qū)動(dòng)的整合機(jī)制與高層級(jí)亞穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)特征；所有狀態(tài)中一維宏觀變量均可集中系統(tǒng)因果力，但僅在清醒時(shí)因果涌現(xiàn)達(dá)到峰值（伴隨跨尺度因果力分布更均勻），標(biāo)志著涌現(xiàn)復(fù)雜性最大化。該研究為揭示復(fù)雜生物系統(tǒng)的涌現(xiàn)動(dòng)力學(xué)提供了可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)范式。

分享大綱

• 量化涌現(xiàn)研究的歷史

• • 統(tǒng)計(jì)物理與序參量

  • 基于狀態(tài)的涌現(xiàn)量化

  • 計(jì)算力學(xué)理論

  • 格蘭杰涌現(xiàn)

• 因果涌現(xiàn)理論及應(yīng)用

• • Erik Hoel的因果涌現(xiàn)框架

  • 有效信息

  • 粗粒化

  • 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)上的因果涌現(xiàn)

  • 機(jī)器學(xué)習(xí)與因果涌現(xiàn)

  • 應(yīng)用研究案例

• 基于信息分解的因果涌現(xiàn)理論

• • 部分信息分解

  • 整合信息分解

  • 因果解耦與向下因果

  • 近似計(jì)算

  • 問題與挑戰(zhàn)

• 基于動(dòng)力學(xué)可逆性和SVD的因果涌現(xiàn)理論

• • 馬爾可夫鏈的可逆性

  • 精確與近似的動(dòng)力學(xué)可逆性

  • 基于SVD的因果涌現(xiàn)理論

  • 基于轉(zhuǎn)移算子的因果涌現(xiàn)理論

  • 機(jī)遇與挑戰(zhàn)

• 因果涌現(xiàn)理論的最新發(fā)展

• • 閉圈理論

  • 對(duì)稱性與涌現(xiàn)

  • 基于一般因果效應(yīng)度量的因果涌現(xiàn)理論

  • 基于層的因果涌現(xiàn)理論與應(yīng)用

  • 因果涌現(xiàn)2.0與涌現(xiàn)工程

• 腦神經(jīng)系統(tǒng)中的因果涌現(xiàn)

• • 因果涌現(xiàn)識(shí)別框架（NIS+）

  • 多尺度因果力分布

  • 涌現(xiàn)動(dòng)力學(xué)分析

  • 跨尺度的信息聚合

  • 腦區(qū)歸因

核心概念

因果涌現(xiàn)2.0，最大化有效信息，整合信息分解，動(dòng)力學(xué)可逆性，SVD，復(fù)雜系統(tǒng)多尺度分析，層論，大模型可解釋性，因果涌現(xiàn)工程化，意識(shí)與涌現(xiàn)，整合信息論，因果涌現(xiàn)識(shí)別框架（NIS+），腦區(qū)歸因，跨尺度信息聚合

主講人介紹

張江，北京師范大學(xué)系統(tǒng)科學(xué)學(xué)院教授，集智俱樂部、集智學(xué)園創(chuàng)始人，集智科學(xué)研究中心理事長，曾任騰訊研究院、華為戰(zhàn)略研究院等特聘顧問。主要研究領(lǐng)域包括因果涌現(xiàn)、復(fù)雜系統(tǒng)分析與建模、規(guī)模理論等。

個(gè)人主頁：https://jake.swarma.org/

王志鵬，北京師范大學(xué)在讀博士。研究興趣包括復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)與機(jī)器學(xué)習(xí)、因果涌現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

• Hoel, Erik A., et al.“Causal Emergence 2.0.”Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2218292120

• Hoel, Erik A.“Engineering Emergence.”Entropy 26.1 (2024): 62.https://www.mdpi.com/1099-4300/26/1/62

• Wang, Zhipeng, et al. "Causal emergence of consciousness through learned multiscale neural dynamics in mice." arXiv preprint arXiv:2509.10891 (2025).

時(shí)間信息

2026年2月22日下午2:00-5:00，集智谷線下+騰訊會(huì)議線上進(jìn)行，微信視頻號(hào)+集智俱樂部B站號(hào)同步直播，感興趣的朋友掃碼報(bào)名加入因果涌讀書會(huì)后，可進(jìn)入學(xué)員群進(jìn)行交流。

直播信息地址信息

北京門頭溝區(qū)集智谷（FIRST青年電影中心）

線下參與報(bào)名通道

報(bào)名讀書會(huì)：「因果涌現(xiàn)第七季」

為系統(tǒng)梳理因果涌現(xiàn)領(lǐng)域的最新進(jìn)展，北京師范大學(xué)系統(tǒng)科學(xué)學(xué)院教授、集智俱樂部創(chuàng)始人張江老師領(lǐng)銜發(fā)起，組織對(duì)該主題感興趣的研究者與探索者共同研讀前沿文獻(xiàn)、交流研究思路。讀書會(huì)將于2026年2月22日起每周日上午（創(chuàng)建讀書會(huì)暫定時(shí)間為10:00-22:00）線上開展，持續(xù)約10周，包含主講分享與討論交流，并提供會(huì)后視頻回放，誠邀相關(guān)領(lǐng)域研究者及跨學(xué)科興趣者參與。

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PS： 我們鼓勵(lì)圍繞因果涌現(xiàn)、復(fù)雜系統(tǒng)與人工智能及相關(guān)具體問題的深入探討。為保證討論質(zhì)量，請(qǐng)避免發(fā)表脫離本期讀書會(huì)主題、缺乏實(shí)證基礎(chǔ)或過于空泛的哲學(xué)思辨類內(nèi)容。

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