A Drive to SurviveThe Free Energy Principleand the Meaning of Life
生存的驱动力:自由能原理与生命的意义(8 9章)
本书概述
《A Drive to Survive》(《生存的驱动力》)一书的核心论点在于:生命系统的目的性(purposiveness)不能被还原为单纯的稳态控制或预测误差最小化,而必须植根于生命体特有的内在不稳定性与自我生产(autopoiesis)之中。
作者凯瑟琳·纳夫(Kathryn Nave)对卡尔·弗里斯顿(Karl Friston)提出的自由能原理(Free Energy Principle, FEP)进行了系统性批判。她指出,FEP 将生命体的“目的性行为”解释为对自由能(即预测误差)的最小化,看似统一了从细胞到社会的认知与行为机制,但实际上存在根本缺陷:
平凡性问题(Triviality Problem):
自由能最小化适用于任何稳定系统——包括钟摆、恒温器乃至电网控制中心(ECC)——因此无法区分有生命系统与无生命机器。若目的性仅等同于回归稳态,那么“意图”“目标”“智能”要么无处不在,要么根本不存在。忽视生命的本质特征:
真正的生命系统(如细菌或细胞)并非仅仅维持某种稳定状态,而是通过持续的代谢活动不断重建自身不稳定的结构。其存在依赖于活动,活动又依赖于存在——这是一种内在的、动态的自我生产循环(即“约束闭合”,constraint closure),而非对外部扰动的被动响应。对能动性(enactivism):
纳夫主张,应以生物能动主义(bioenactivism)为基础,将目的性理解为生命系统为维持其脆弱的自主性而进行的适应性调节。这种规范性(normativity)不是来自外部设定的目标,而是源于系统自身持续存在的内在需求。对人工智能与认知科学的启示:
即使一个系统(如国家电网控制中心)表现出高度复杂的预测与调控能力,只要其物理结构本身是稳定的、不依赖自身活动来维持存在,它就不具备真正的目的性或意向性。智能若要真正“有意图”,必须始于对自身存在的关切——而这只有在内在不稳定的、自我生产的系统中才可能产生。
总结:
本书反对将生命的目的性简化为控制论或贝叶斯推理框架下的稳态维持,主张生命的独特性在于其通过不稳定过程维持自身存在的能力。自由能原理虽在形式上优美,却因忽略这一本质而无法真正解释生物智能的起源。真正的“驱动力”不是最小化误差,而是在不断解体的边缘奋力生存。
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8 万物理论,还是仅关于每一个“事物”的理论?
现在,我们终于对自由能原理(FEP)如何定义一个系统的存在有了更清晰的理解,或者用弗里斯顿(2019)的术语来说,即所有应适用自由能原理的每一个“事物”,其定义是基于稳态ESIA循环的耦合方程。有了这个理解,我们可以提取出FEP关于系统所作的两个假设。
趋势性:系统的各部分倾向于重新访问相同的状态,或以不随时间变化的频率循环经过同一组状态。
依赖性:系统这些不同部分之间的相互作用不发生变化。
为了将此与贝叶斯推断联系起来,FEP随后用一个关于系统所有部分状态的不变低熵联合概率分布来重新描述这些动态——这为我们提供了“生成模型”。外部、感觉、内部和主动变量之间的划分现在成为一个统计划分——马尔可夫毯。FEP随后利用这一划分将内部变量解释为“推断”外部变量,因为内部变量的统计特性在以感觉和主动变量的马尔可夫毯为条件时,会收敛于外部变量的统计特性,尽管它们彼此独立。
因此,在自由能框架中有两个关键步骤:(1) 对该原理应适用的每一个“事物”进行一种假定性的定义;以及 (2) 尝试使用这种统计重述来赋予其推断属性。后一步骤的问题——本质上是从相关性滑向表征——已在第3.5节中总结讨论过。然而,正如Raja等人(2021)所指出的,它所依赖的第一步却常常被轻易放过,尽管
它对那些应适用自由能原理的实体所作的假设极不可能成立。
正是这种状况导致FEP要么被赞誉为“第一性原理”,要么被贬斥为“不可证伪”。如果这个关于系统的拟议定义成立(并附带一些进一步的技术规范,详见Biehl等,2021年和Aguilera等,2022年),那么它意味着该系统将能用自由能最小化的形式来描述。从这个意义上讲,弗里斯顿正确地声称自由能原理本身不是一个经验假设——因为所有关于认知架构的具体假设,例如PP,都可以从中推导出来——因此,针对其缺乏可证伪性而提出的频繁反对意见是抓错了重点。然而,FEP不应被视为仅仅是存在同义反复的产物,尽管它常被如此呈现。这将预设FEP的稳态ESIA循环已经是“存在”的公认定义,无论是生物学上还是其他方面。与其说是同义反复,Hohwy(2021)提出,FEP最好被理解为试图通过其对什么是(自组织)系统的一种假定性描述来填补这一定义上的空白。
对一项拟议分析的适当检验,并非是否能从中推导出可证伪的实验,但这并不意味着它免疫于批评和反证。相反,我们关注的是它在多大程度上符合常识和科学实践。FEP或任何其他形式分析都不必完全服从于这个两院制立法机构的绝对权威——就好像任一议院一开始就有能力做出单方面裁决一样。哲学分析可能会担忧我们的语言习惯之织物,以揭示某一概念在日常应用中的不一致。它同样可能批评科学术语因脱离日常使用而失去联系。然而,如果所提出的标准导致一个概念的延伸与日常直觉及我们最好的科学理解截然相反,那么唯一的结论就是哲学家(或神经科学家)实际上在谈论完全不同的东西。
我已经描述了一个FEP对系统定义的问题:即在试图用相同的术语对待有生命和无生命实体时,它与民间观点相冲突,后者认为一个人的存在与一个钟摆的存在之间存在本质区别。在将两者都视为仅仅是稳态ESIA循环时,FEP未能解释为何我们倾向于将其中一个称为代理者和目标追求者,
另一个则仅仅是一个机制。因此,它威胁着要引导我们走向一种工具主义,即有意图的言谈仅取决于前者行为的更大复杂性,或者走向一种膨胀的泛心理主义,其中每个处于稳定耦合中的系统都将算作一个推断代理。
对于生物活动论的观点而言,这两种选择都不奏效,但这并不是拒绝FEP的充分理由。物理主义和机械论在最受尊重的科学圈子里仍是主流,他们随时准备对任何“活力论”的蛛丝马迹嗤之以鼻。一种仅从普通机制的复杂化出发,将生命与非生命之间看似鸿沟视为幻觉的理论,可能更具吸引力。
弗里斯顿和其他研究FEP的人已经开始发展一个关于这种复杂化可能是什么样的解释。建议包括将螺线管分量纳入系统动力学,从而产生极限环吸引子而非围绕单一固定点的波动(Friston, 2019b),或允许系统预测具有时间或反事实深度的层级扩展,其中行动被选中以最小化整个轨迹上的长期平均自由能(称为预期自由能),而不仅仅是立即的自由能(Wiese & Friston, 2021; Friston et al., 2020)。
正如我将在本章论证的那样,所有试图通过将有机体视为稳态ESIA循环的一个“特例”来修正其广泛适用性的尝试都将失败。正如我将论证的,FEP定义系统所依据的存在性要求的问题,并非在于其普遍性,而在于当应用于生物形式的存在时,其偶然性。联合概率分布的平稳性,以及它所隐含的趋势性和依赖性的稳定性,作为无生命物质持续存在的必要条件或许尚可接受。活体系统在其与特定物理身体的暂时共存中,甚至可能在一段时间内满足这两个稳定性要求。但作为定义有机体持续存在的必要原则,它们都是错误的。
这不仅是FEP及其将有机体概念化为具有稳定行为和稳定部分的稳态机制的缺陷。相反,这种误解源于一个更广泛的本体论框架,该框架将有机体视为实体,具体来说,视为机器。但机械的和实体的并不能穷尽所有可能的存在模式。与机器不同,有机体可能以不可预测的方式改变其组成部分和支配这些部分行为的规则,导致许多哲学家、理论生物学家和复杂性理论家提出,它们更适合用过程本体论来捕捉。
部件和属性的稳定性可能是无生命物体的一个琐碎属性,但我认为,区分生命系统的关键恰恰在于其在物质构成、组织和行为上的内在不稳定性。这是生命与非生命之间的一种本质差异,它可以独立于任何民间或生物活动论对生物自主性的归属承诺而被识别,并足以表明FEP不能作为生命系统理论的基础——无论是生物活动论的还是其他理论。
8.1 过程与实体
FEP预设了我们系统中的两种稳定性。第一种:我们各部分之间相互作用的不变性,即即使变量的状态可能发生变化,这些部分之间的统计依赖关系保持不变。第二种:每个独立部分的统计趋势的不变性。这允许每个部分的状态可以改变,但要求如果它在过去十次中有八次处于某个特定状态,那么在未来它也必须花费80%的时间处于该状态。这一第二项要求已通过越来越普遍的方式得到论证:具体而言,作为对生物稳态的一种形式化;更广泛地,作为通过扰动描述稳定性的数学方法;而最普遍地,作为所有存在的一个原则。
弗里斯顿(2019a)通过将“事物”定义为在统计意义上“可区分的”,并将其具体化为具有低熵概率分布且在其存在期间保持恒定的状态来论证这一点。粗略地说,其观点是,如果一个事物不规律地重新访问相同的状态,而是游荡到不断更新的可能性区域,那么我们该如何重新识别它?或者,正如他所言,
“我们在现实世界中遇到的几乎所有系统都在某种程度上进行自我组织——这暗示着自我组织本身是微不足道的。换言之,如果系统不进行自我组织,它们会在我们有机会观察到它们之前就消散了。”(Friston, 2019, p. 24)
如果情况确实如此,如果我们随时间观察和识别一个系统的能力依赖于其表现出这种稳定性,那么我们就无需诉诸稳态对于有机体的特定重要性来论证它们是稳态系统。相反,这一条件应能从一个更普遍的要求中推导出来,即什么是随时间持续存在的必要条件。
但这真的是我们所能识别的一切持续存在的事物的必要条件吗?在我看来,有很多事物尽管违反了任何稳态条件,我们仍能重新识别它们。歌曲有副歌,故事有修辞手法,舞蹈有主题,但我们也能在《波西米亚狂想曲》中那些杂乱无章的过渡中认识到一种连续性;我们知道当奥黛丽结束《黑天鹅双人舞》的32个挥鞭转回到她的搭档身边时,舞蹈仍在继续;当我们看到绑在肖恩·康纳利手腕上的炸弹计时器滴答作响时,我们知道这是一个单一的、持续的危险时刻,是构成《金手指》整体叙事单元的一个更宏大、非重复序列的一部分。
此外,即使实现的部分发生变化,我们仍能继续识别这种连续性:当旋律在管弦乐队成员间流转,接力赛在跑者间传递,或河流在水分子间奔涌。弗里斯顿(2019, 2013)认为这种物质的翻腾与我们识别具有稳定相互作用的稳定部分的需求不相容——尽管我们将在下一节看到,他这样做是否正确尚不清楚。鉴于无生命物体也可能通过部件交换而持续存在,如果FEP无法处理这一点,那么这可能会给弗里斯顿关于无生命事物理论的雄心带来问题。
关于对稳态的违反,合理的回应是,金手指、波西米亚狂想曲和天鹅湖并非真正的对象,而是过程。重复可能只是过程中连续性的一种形式,但FEP仅在狭义上是一种关于“事物”的理论,即关于持久实体,或更具体地说,关于机制的理论。正如Wiese和Friston(2021)所言,这些“事物”是:“在可感知的时间跨度内存在的系统,其意义在于拥有一个吸引子集,即在外部扰动下重新访问特征状态邻域——其中生命系统是其子集”(p. 7)。
然而,如果这意味着FEP并非真正关于每一种可能存在的形式的理论,那么我们就没有先验理由去接受它所刻画的是有机体所拥有的那种存在。为了论证这一点,我们需要首先论证有机体确实是实质性的“事物”而非过程,其次论证一个实体(或至少是生物实体)的持续存在取决于FEP所描述的特定形式的稳定性。
一只猫似乎比芭蕾舞鞋更像芭蕾舞。与《天鹅湖》不同,你可以抓起一只猫扔来扔去——尽管这么做是不明智的。然而,尽管质量与广延性(作为可拾取和可抛掷的必要前提)可能是“实体”普通概念的一部分,但在形而上学史上,这个术语已在多种不同的技术意义上被使用(Morgan, 2021)。这种缺乏统一定义的情况可能使评估“实体本体论”对于有机体的一般前景变得有些困难。然而,对于我们评估FEP的目的而言,对“实体”最对立的刻画是摩根所称的“本质主义”账户,其中某物由一组在它整个存在期间都持续存在的特定属性来定义,允许它只经历那些不违反这些属性的变化。
这种本质主义正是近期来自过程论支持者对有机体批评的核心(Nicholson, 2018; Dupré & Nicholson, 2018; Meincke 2019)。正如Dupré和Nicholson(2018)所言,他们拒绝的关键主张是,有机体应被理解为因持续拥有某些使其成为其所是的本质属性,并且这些属性随时间保持不变的事物。相比之下,过程论则不寻找X的本质特征,以便在任何随机选取的时间片段中识别它,而是问“我应该如何随时间追踪X”(Guay & Pradeu, 2016, p. 318)。与基于一组非时间特征不同,过程身份是由Lewin(1922)所称的“生成性”关系在每个连续的时间片段之间确立的,后者是前者的生成产物。例如,这种关系可以用自生性来描述,其中一个有机体切片之所以是前一片段的延续,是因为它的化学成分是先前片段合成活动的产物。
过程论者或许会承认,上述过程可以在某种特定的物质“猫-实体”中偶然地“稳定化”,我们可以抚摸或握住它,但必须将这种特定的实体视为构成“猫”这一更根本过程的一个暂时性片段。此外,拒绝将有机体视为本质主义实体,并不意味着禁止有机体拥有任何不变的属性,而是要声称,这些不变属性并不是使它作为特定有机体而被个体化的因素。如果某物是一个持久的实体,那么当在两个时间上断开的实例中观察它时,即使不知道中间时期发生了什么,也应该仍有可能将其重新识别为同一件事物。如果不是这样,那么回答这个问题的唯一方式就是追踪从第一个时刻开始的整个时间轨迹,以评估它是否以某种尚未明确的“正确方式”连接到第二个时刻。
正如过程论者对如何随时间追踪一个有机体可以有不同的“正确方式”一样,实体论者对一个基本不变性的要求也为有机体留下了大量不同的实体本体论可供选择。正如我所描述的,自由能框架似乎致力于两个基本不变性:(1) 被认为是ESIA循环真实因果图及其伴随的“真实”马尔可夫毯的组成部分的稳定性;以及 (2) 它们行为的稳定性,这为我们提供了固定的稳态函数和相关的不变生成模型。
弗里斯顿(2013, 2019)如前所述,经常以物质成分的稳定性来谈论上述第一点,即部分的稳定性。某种固定物质集合的稳定性或许最接近于“实体”的普通概念,例如当我们把实体描述为具有可拾取和可抛掷性的东西时,或当我们报告说“婴儿高脚椅上到处都是神秘的粘稠物质”时。鉴于所有有机体中都存在部分的持续循环,无法解释这种物质实现中的变化,无疑会为FEP带来问题。事实上,考虑到我们每次更换一张显卡、一套轮子或一块木板时,并不会创造出一台新电脑、一辆新车或一艘新船,这将对FEP作为任何事物理论的能力提出质疑。正如我们将在下一节看到的,对于弗里斯顿来说,承诺于稳定物质部分的要求是一件奇怪的事情。FEP可以轻易地
放弃这一点,像大多数机器式模型那样,转而谈论形式部分的稳定性。
然而,这带来了两个问题。第一个问题是,在从物质更替中抽象出来,专注于形式部分的稳定性时,我们抹除了两种结构之间的区别:一种结构在可能的物质交换下保持稳定,另一种结构的稳定性则完全依赖于持续的物质更替。这一区别,如前所述,对于生物活动论或乔纳森式的关于有机体原始意向性的概念至关重要。
第二个问题是,该策略依赖于一种不同类型的本质不变性:即一种不变的组织,它可以用某个即使其变量状态发生变化也保持固定的数学方程来描述。正是这一点使我们能够根据其在方程中所扮演的角色来个体化一个形式部分,即使其物质实现发生了变化。然而,正如我们将在本章后半部分看到的,有机体的独特之处在于它们不仅通过物质更替,而且通过组织上的根本性变化来维持自身。并且,正如我将在第9章论证的,很可能不存在任何一个抽象层次,能使我们识别出一个既足够具体以个体化这个特定有机体,又足够灵活以允许我们推导出它在其生命周期内可能经历的所有变化的不变方程。
8.2 有机体部分的不稳定性
有机体通过与环境交换物质而持续替换其组成部分这一事实,似乎对“固定部分”的要求构成了一个问题,并且更普遍地标志着至少一个相当根本性的差异,无论是与机器还是与其他实体相比。要寻找具有相同属性的非生命系统,我们不能看向机械系统,而应看向龙卷风、漩涡、河流和烛焰等现象——换句话说,即过程本体论视角下的原型案例。
弗里斯顿(2013, 2019b)明确指出,这种物质更替与FEP如何定义系统是不相容的,但随后却相当奇怪地以此来支持该框架对生命有机体的特殊适用性。他声称,将单细胞及其膜作为规范的马尔可夫毯式自由能最小化器的主要原因,正是其组成部分的稳定性,这与烛焰形成对比,因为烛焰
无法拥有马尔可夫毯,因为任何分子相互作用的模式都会因其表面气体分子流的冲击而几乎瞬间被破坏。这意味着我们无法识别出一组一致的毯子状态,使某些内部状态独立于其他状态(Friston, 2013, p. 2)。
并且正如他反复强调的,在最近一部关于自由能原理的扩展专著中,
它并不容易容纳构成马尔可夫毯的粒子会随时间推移而游离、甚至被交换或更新的事实。这里的典型例子将是烛焰的毯子状态,其组成粒子(即气体分子)处于持续流动之中。(Friston, 2019a, p. 50)
将膜作为一个对比点是一个奇怪的选择,因为它的组成部分正由细胞的代谢网络持续消耗和再生。通过内吞和外排作用进行的膜更替,是所有类型自组织行为的一种手段,从再生和生长到细胞内外分子的运输。例如,在细胞黏液霉菌Dictyostelium中,膜更替已被提出作为一种运动机制,据估计,完全更替所需时间在四到十分钟左右(Aguado-Velasco & Bretscher, 1999)。在细胞内部,在“内部状态”(可能由特定蛋白质实现)中,我们也发现更替时间远短于整个系统的寿命——对于不分裂的哺乳动物细胞而言,大约为两天左右(Toyama & Hetzer, 2013)。这种流动一直延续到多细胞层面,在人体中,每天大约有0.2%的总细胞质量被更新(Sender & Milo, 2021)。正如生理学家约翰·斯科特·哈尔丹(John Scott Haldane),二十世纪生物学最早的“过程论者”之一所描述的,“调节内部环境的器官和组织……不断地吸收和释放各种物质,它们的‘结构’不过是这种物质流经它们时所呈现的外观”(Haldane, 1917, p. 90)。
这样一个多孔且富含蛋白质的东西,比起ESIA循环中固定部分之间固定的相互作用模式,更像是一支烛焰。如果我们的因果图的基本单元是弗里斯顿(2013)所认为的特定粒子的状态,那么它们的统计依赖关系将缺乏
建立它们之间条件独立性模式所需的稳定性,以及识别一组不变的“内部”和“外部”组件之间的马尔可夫毯所需的稳定性。在细胞内,一个先前的“外部”分子可以自由地穿过其膜,直接与一个“内部”分子开始相互作用,公然违反了FEP对系统的基本定义。
这对于将ESIA循环及其马尔可夫毯视为有机体字面意义上实例化的现实主义者来说尤其成问题。这样的现实主义者会发现,他们围绕有机体所识别的任何“真实”马尔可夫毯的组成部分,都会在比该有机体“存在本身”所依赖的边界保存时间更短的时间尺度上消散(Allen & Friston, 2018)。
尽管如此,人们可能会认为重要的不是组分粒子之间相互作用的稳定性,正如弗里斯顿(2013, 2019a)似乎所持的观点,而是更高层次组织的稳定性。正如第5章所指出的,关于概率图的现实主义者不需要坚持认为它们是在特定标记粒子状态之间的相互作用层面上实例化的。我们反而可以取细胞宏观组织的特征,如细胞内和细胞外的葡萄糖浓度,并描述一个人无法在不影响跨膜通道状态的情况下影响另一个。因此,一个粒子的移动将对应于某个更宏观的固定节点状态的变化,而不是在粒子层面的因果图中打破和创建新连接。
将我们从物质更替中抽象出来的想法,归根结底是Wiese和Friston(2021)试图用作自生性与自由能理论之间桥梁的“组织稳态”概念背后的关键思想。以Maturana和Varela(1980/1972)的方式,将有机体的固定性定义为组织而非可变物质实例化的结果,其意义在于,它允许我们像谈论机器一样谈论有机体,即以其固定的正式部分及其支配其行为的规则。
这种将“拥有固定部分”理解为机器-实体的观点,不仅容纳了有机体中的物质更替,而且可以说更好地捕捉了这一要求应该如何应用于机器本身。机器当然不会自动更换其物质部件,但它们确实承认这种更换。撇开无良销售员不谈,
当我们修理并更换汽车的轮子时,我们并不倾向于说我们创造了一台新机器。虽然拥有轮子是汽车的一个固定不变量,但拥有某套特定的轮子则不是。从组织层面的角度来看,旧轮子和新轮子被视为同一个形式部分。如前一节所述,物质实现的固定性只是对实体本质不变性的一种可能看法。然而,在有机体和机器两种情况下,实体不变性最好不是通过物质属性和部分的固定性来捕捉,而是通过形式部分的固定性来捕捉。
因此,我们不能将我们的部分视为像特定原子或分子那样的东西。为了构建一个能够脱离微观物理实体持续更替的固定图,我们需要描述我们特定生命系统的不变形式,以便我们能够识别其固定的形式部分。这些部分必须在我们能够创建它们之间连接图之前就被个体化。因此,无论是ESIA循环还是马尔可夫毯,对于个体化它们都没有任何用处,因为在构造它们之前,我们需要已经将我们的系统划分为固定单元,以便随后评估它们之间的依赖或独立关系。
对于FEP而言,这里存在的问题比其作为第一性原理分析的能力缺失更为严重。更大的问题是,它要求预先指定有机体的固定组织,而其分析所需的各部分(用于生成模型和因果图)可能随后从中推导出来。正如我将在本章后半部分讨论的,有机体与机器不同,不仅通过物质更替,而且通过组织的根本性转变来维持自身。我将建议,此类转变无法提前由任何一组既足够灵活以推导这些转变,又足够具体以个体化该特定有机体的不变方程来描述。如果没有这一点,我们似乎不太可能比将有机体绑定到物质部分更容易将其绑定到一组形式部分。
暂且搁置这一点,让我们假设我们能够提供一种方法,说明如何在物质更替中识别任何有机体的固定形式部分,以便像对待机器一样对待它,并用FEP的术语重新描述它。即使我们能做到这一点,正如我将在下一节论证的,这样做会使我们错过有机体与机械之间的一个根本区别,即前者的形式部分无论拥有何种暂时稳定性,都单独依赖于这种物质更替。
8.2.1 为什么新陈代谢至关重要
如果说有机体和机器一样,都是具有不变组织和形式部分的“实体”(substances),那么我们就可以在不完全否认物质更替(material turnover)发生的前提下,将其抽象掉——这与弗里斯顿(Friston, 2013, 2019)似乎直接否认其重要性的做法有所不同。但问题在于:我们是否应该将这种物质更替抽象掉?
我们已经看到,追随约纳斯(Jonas, 1953)的生物能动论者(bioenactivist)会反对这种抽象,认为它抹去了两类系统之间的根本区别:一类是形式上定义的机器,它可以容许部件交换;另一类是脆弱的有机体,其存在恰恰依赖于这种持续的物质交换。即使那些拒绝将这种依赖性视为有机体具有特殊目的论地位之基础的人,也必须承认:至少某些生物自我保存操作(如代谢修复与再生)的目的,无法被还原为单纯的信息处理或句法变换。
如果我们将ESIA循环仅仅视为一种工具性模型,用于刻画特定行为现象(如体温调节),这并无问题。但如果我们的模型——如弗里斯顿(2013, 2019)所主张的那样——旨在为生命的一般理论提供基础,那么仅仅承认“所有模型都是局部的、有所扭曲的”就远远不够了。一个关于“一般生命”的模型,其任务在于突出正确的东西,而只忽略那些我们偶然遇到的具体实例所具有的偶然特征。
我们所知的所有生命系统都是代谢系统,而且可以说,自然界中并不存在非生命的代谢系统。这一事实提示我们:新陈代谢可能至关重要——尽管这本身并非决定性证据。毕竟,我们所遇到的所有生命系统也都由一套特定的氨基酸构成,但若据此断言这些氨基酸是生命的本质特征,那便是化学沙文主义(chemically chauvinistic),除非我们有原则性的理由证明:只有这些特定氨基酸才能实现某种普遍属性,从而在(例如)潜在的天体生物学遭遇中可靠地区分生命与非生命。
然而,有充分理由认为,新陈代谢应当成为此类判别标准之一,且这一理由完全独立于它是否与生物能动论对意向性与能动性的解释相关。恰当地理解,新陈代谢并非有机体额外附加的、孤立的能力,也不仅仅意味着“依赖能量”——毕竟电脑游戏也“依赖能量”。正如博登(Boden, 1999)所主张的,从强意义上说,新陈代谢描述的是一种与机器截然不同的存在模式:其区别在于,有机体的物理身体是通过其自身活动构建起来的,而机器则独立于其自身行为而持续存在。
一般来说,物质倾向于占据低能量构型。正如比克哈德(Bickhard, 2009)所指出的,原子的结构和电子在轨道中的排布,正是这种倾向塑造物质组织的典型例证。在这种平衡态下,只要环境能量不足以破坏其内聚力,事物及其组织就能保持稳定——这正适合做机械部件。然而,在生命系统中,情况恰恰相反:生物组分通常处于内在不稳定的构型中,必须持续输入能量,才能将其维持在非平衡稳态(non-equilibrium steady state)(Schrödinger, 1951; Bertalanffy, 1968; Nicolis & Prigogine, 1977; Fleischaker, 1988; Juarrero, 1999; Christensen & Hooker, 2000; Christensen & Bickhard, 2002; Collier, 2004, 2008)。没有工程师会选用如此不稳定的部件来制造机器。
在代谢系统中,结构与活动之间的关系,或约束与其所产生的动力学之间的关系,与机器有着根本不同。对机器而言,促使其运行的能量流是一种威胁:机器在引导能量时的低效率,会逐渐侵蚀其原本稳定的部件。而在生命系统中,这些结构性部件——如膜、酶及其他分子——比整个系统本身更不稳定。与原子不同,它们所表现出的稳定性并非源于其内部构型的固有属性,而是依赖于它们所促成的活动:这些活动捕获并引导物质与能量,以持续补充这些部件,从而赋予其一种偶然的、相互依存的稳定性(Montévil & Mossio, 2015; Mossio & Moreno, 2015)。
需要明确的是,我在此强调的并非仅仅是有机部件“内在不稳定”,而是它们所拥有的那种特定稳定性是外在于该部件本身的。它们之所以稳定,仅仅是因为与有机体更广泛的网络互动,并且某些部件的不稳定性恰恰驱动了其他部件的活动,以合成新的补充物——从而形成一种偶然的、相互依赖的稳定性。相比之下,尽管放射性物质(如铀-238同位素)也不稳定并持续衰变,但其部分稳定性仅源于原子内部基本力的脆弱平衡——不需要额外的能量或物质流入来维持这种稳定性,其衰变也不会驱动任何能自我补充的过程。
因此,有机体不仅仅是通过变化而保持稳定的稳态机制;它们的稳定性依赖于变化本身。正如约纳斯(1953)批评自由能框架所依赖的控制论方法时所说:
“反馈机制可以运行,也可以静止:无论哪种状态,机器都存在。而有机体必须持续运行,因为‘运行’就是它的存在本身。”(p. 12)
戴上我的生物能动论帽子,我会像约纳斯一样,将这一点描述为:有机体对其环境具有意向性的指向,将其视为实现自身内在目的论(immanent teleology)——即持续存在——所必需的物质与能量之源。但为了避免争议,我们也可以简单地说:这是一种非平衡结构对持续能量流的依赖,而这种能量流正是维持其存在的必要条件。
有机结构的存在依赖于物质更替,而不仅仅是允许物质更替——这一区别是有机与非有机存在之间的根本差异,任何关于生命系统的理论都必须承认这一点,即使我们对将这种依赖解释为意向性毫无兴趣。
自由能原理所设定的固定统计/因果网络及其伴随的马尔可夫毯,仅仅描述了系统的结构如何约束其动力学;它们并未涉及结构本身对这些动力学的反向依赖。正如蒸汽机无需持续运转也能继续存在,笔记本电脑可以反复开关而不会损害其未来的计算能力;同样,一旦惠更斯(Huygens)的耦合摆钟停止摆动,连接它们的横梁依然作为约束存在,一旦受到扰动,仍可恢复相互作用。无论是否活跃,这些摆钟始终满足ESIA循环对潜在相互作用的限制,始终处于自由能最小状态,并始终拥有横梁作为马尔可夫毯。
尼科尔森(Nicholson, 2018)认为,将有机体划分为不变结构与动态行为的这种预设,正是他所称的“有机体的机器概念”(machine concept of the organism)的根本错误,而“食物如燃料”这一常见类比恰好捕捉到了这一点。他指出:
“将燃料等同于食物的问题在于,它严重低估了新陈代谢在生理上的普遍性。无论一台运行中的机器多么动态,我们总能将其固定的物理框架与流经其中的材料区分开来。机器的实际结构本身并不参与燃料在流经过程中所经历的化学转化;它只是作为通道,促进材料交换,将燃料转化为废物。相比之下,有机体因其代谢活动而整体且持续地发生变化……这正是‘燃料-食物’类比极具误导性的原因,也是为什么机器的稳定性——尽管表面看似动态——最终仍根植于一个不变的物质结构。在机器中,有明确的‘流入’和‘流出’;而在有机体中,一切都在流动。”(Nicholson, 2018, p. 145)
诚然,所有机器都需要能量才能运行,我们甚至可以轻易制造一台专门用于获取能量的机器——比如一个追日的太阳能板就足够了。但太阳能板的结构并不依赖于其获取能量的成功与否:它不需要储存能量以度过阴天,也不会因能量耗尽而解体。
那么,为何在生命理论中,人们总是倾向于将代谢系统对物质更替的依赖抽象掉?博登(1999)认为,这种倾向并非源于对其无关紧要的原则性立场,而更多源于一种愿望:将逻辑形式与物质实现完全分离,并将“生命的本质”等同于前者,从而希望以一种虚拟的、媒介无关的方式来模拟甚至创造生命。其他生命判据(如生长或适应)并不明确涉及物质与能量流,而新陈代谢的定义恰恰基于这些流动,因此无法被直接纳入纯粹的句法或信息论框架:
“提议将新陈代谢从我们对生命的理解中剔除,其唯一理由就是为了支持一种严格的功能主义-信息论的生命观,尤其在人工生命(A-Life)领域更是如此。同样,建议弱化新陈代谢的概念……代之以单纯的‘能量依赖’(无论是否包含独立的能量包),其唯一目的也是为了让那些有物理存在但无身体的虚拟存在者被算作生命。这些预设结论的提议,并无独立依据加以支撑。”(p. 8)
20世纪80年代和90年代人工生命(A-life)研究计划渴望在计算机中创造生命,而博登(Boden)对此提出了批评;这种渴望正是推动人们将注意力集中在生命系统的形式属性上、而排除其他一切因素的动因之一。这种做法也可能源于一种更普遍的倾向,即认为形式模型能够穷尽其所描述的现象——当科学家们被其模型在某种特定用途上的成功所深深吸引时,往往会忽视模型无法解释的一切,并不自觉地将模型自身的任意局限性直接纳入对目标现象的概念之中。正如梅洛-庞蒂(Merleau-Ponty, 2004/1961, p. 292)所指出的,这正是控制论者(如Ashby, 1962)所犯的“绝对人工主义”(absolute artificialism)的根本性错误:他们声称能够用反馈控制来解释从经济到个体行为的一切现象。
正如奇里穆塔(Chirimuuta, 2020)所描述的那样:
“控制论的‘绝对人工主义’是一种恶性循环:控制论者基于对机器类比的选择性关注来理解有机体,然后利用这种对有机体的理解去启发新装置的建造,再将这些装置反过来投射到活体有机体上,作为其运作机制的模型;通过这一过程的累积和反复效应,人们再也无法以任何其他方式——除了将其视为工具、可被操纵之物、服务于无休止干预与控制计划的器械——来思考有机体(包括人类自身)。”(p. 450)
我认为,自由能原理(FEP)的发展也陷入了类似的陷阱:它受到一种信念的驱动,即数学形式化具有优先性和穷尽性,并希望仅凭这一点就能“回答传统形而上学提出的问题;即,作为一个存在的‘事物’意味着什么?存在是什么?”(Ramstead et al., 2021, S.43)。
新陈代谢并非一种纯粹的形式现象,但这并不妨碍我们用模型描述其某些属性;也不意味着它只能由我们所熟悉的那套特定氨基酸来实现;甚至也不意味着它只能在分子合成的层面上实例化。在第十章中,我将讨论莫雷诺与莫斯西奥(Moreno & Mossio, 2015)试图用约束闭合(constraint closure)来描述新陈代谢的功能组织。我将论证,他们的解释捕捉到了物质与能量流必须如何组织,才能实现一个代谢网络,从而对哪些东西能够实现这种热力学组织施加了严格的限制,但又并未武断地将其绑定到某一套特定的化学组分上。
此处的关键在于:我们完全可以对某种现象给出多重可实现的(multiply realizable),而不必像对待形式运算那样,将其视为完全媒介无关(medium-independent)的(Piccinini, 2020)。只要某种媒介能够实现定义某一运算所需的相关句法操作,那么任何东西都可以用来实现加法或积分——无论是水管中的水流,还是导线中的电流。相比之下,当涉及分裂原子或给鸡肉调味时,材料本身至关重要。对于前者,中子或质子都适用,但电子则不行;对于后者,欧芹、鼠尾草、迷迭香或百里香都是不错的选择,但士的宁(strychnine)则绝对不行。
就新陈代谢而言,其实现的可能性受到能量管理需求的严格约束——具体而言,就是需要在复杂分子分解过程中释放能量的放能反应(exergonic reactions)与合成新分子所需的吸能反应(endergonic reactions)之间实现紧密同步。这些时间上的约束由构成特定细胞的组分的反应活性所决定;而单个细胞的代谢网络包含成千上万种反应,因此这张约束之网确实极为严密。正如鲁伊斯-米亚佐与莫雷诺(Ruiz-Mirazo & Moreno, 1999)所指出的,当我们从新陈代谢的视角看待生命时,就不得不思考:如何将对生命系统的“抽象-关系逻辑”描述,与这些能量流的有效管理的物理实现(physical realization)结合起来(p. 46)。
因此,像三磷酸腺苷(ATP)这样的分子之所以能充当放能与吸能反应之间的“能量货币”,与其溶解性、反应活性和能量密度密切相关。虽然存在其他可能的能量货币,但能承担这一角色的化学物质范围极其有限。
新陈代谢与媒介依赖性(medium-dependent)的能量管理之间的这种联系,带来了一个关键后果:它在精确模拟(exact simulation)与真实实现(genuine realization)之间划出了一道界限。而对于纯粹的形式运算而言,这种区别并不存在。对乘法而言,完美的模拟与真实的实现之间并无差别。人们或许会说某台机器只是近似地实现了乘法,但任何具备正确形式属性的非近似过程,就字面意义上是一个乘法器。相反,如果某事物是媒介依赖的,那么即使在错误媒介中进行再详尽的模拟,也始终只是模拟(simulateon),因为该媒介无法实例化那些必要的非形式属性。你《模拟人生》(The Sims)游戏中由晶体管和像素构成的房子,与真实建筑之间的区别,并非近似或部分实现的问题。无论你把模拟做得多么精细,这些晶体管和像素永远无法在暴风雨中为你提供庇护。
因此,媒介无关性(medium independence)对于强人工生命(strong artificial life)的抱负至关重要,正如兰顿(Langton, 1989)所言,其目标是“构建如此逼真的模型,以至于它们将不再是生命的模型,而成为生命本身的实例”(p. 63)。媒介无关性对于自由能原理(FEP)试图以纯粹形式化术语刻画生命中“一切值得关注之事”的愿望同样至关重要。然而,无论是弗兰肯斯坦式的雄心,还是对数学模型的狂热,都不足以成为我们忽视新陈代谢之重要性的理由——毕竟,新陈代谢对有机体的存在具有如此深远的影响。如果新陈代谢确实重要,那么生命模型将始终只是模型,而对这些模型必要属性的描述,也不会自动适用于它们本应描述的真实生命系统。
当我们透过机器—实体论者(machine-substantialist)的透镜观察有机体时,我们会将物质更替抽象掉,从而将各部分视为稳定的。这种视角掩盖了酶的外在且偶然的稳定性与原子的内在稳定性之间的根本差异,也遮蔽了这种差异所带来的不同代价与后果。正如我将在第十章所论证的,这些差异对于提供一种自然主义的意向性与目的性解释——将其视为有机系统独有的属性——至关重要。
尽管如此,这并不意味着我们永远不能在某些情况下将有机体当作机器来处理,并为其建立机械论模型——只要我们能论证,在这些特定情境中,上述区别确实无关紧要。将这种流动性抽象掉,或许仍有其合理性,因为它使我们能够应用FEP的第二个要求,即系统可能状态上的概率分布的稳定性。即使这一要求并非能够从中推导出“关于生命的一切值得关注之事”的第一性原理,它仍可能像自然选择一样,描述了一种生命普遍倾向于遵循的规律性,并借此帮助我们预测其某些行为。
8.3 从实现的稳定性到组织的稳定性
当我们把有机体描述为机器时,我们将其视为具有稳定部分的“事物”,这些部分并非由其物质基础来个体化,而是由它们在一种固定组织中所扮演的角色来界定。这种关于有机体的“机器—实体”(machine-substance)概念,虽不同于朴素的“物质—实体”(material-substance)观念,但正如杜普雷与尼科尔森(Dupré & Nicholson, 2018)所指出的,它同样遭到过程论(processualist)观点的拒斥。
在分析这一点时,尼科尔森(2012)引用了格伦南(Glennan, 2002)对机制的定义:“一个复杂系统,通过若干部分之间的相互作用产生某种行为,而这些部分之间的相互作用可以用直接的、不变的、与变化相关的普遍规律来刻画”(Glennan, 2002, p. S344)。
这一定义包含两个标准:可分解性(decomposability)与不变性(invariance)。前者——即认为特定现象可以通过不同部分之间的局部相互作用来解释——最常与当前在科学哲学中占据主导地位的“新机械论”(new mechanist)运动相关联(Bechtel & Abrahamsen, 2005; Machamer et al., 2000; Glennan, 2002)。正是这种可分解性的主张,构成了20世纪早期生物学中有机论(organicism)运动的核心批判对象;而有机论正是当代过程论有机体观的先驱和近亲(Dupré & Nicholson, 2018; Peterson, 2017; Chirimuuta, 2020)。有机论者主张,生命系统并非可分解的机制,而是具有涌现行为的“有机整体”(organic wholes),其整体行为会反过来改变其组成部分的活动,无法被还原为这些部分之间的局部相互作用。
我同意有机论者的观点:有机体各部分之间因其偶然稳定性而相互依赖,这种依赖关系使得像机械论解释那样为了说明目的而将它们分解开来,比起在机器中的情况(例如我们确实可以把燃油喷射器和进气歧管从发动机上物理拆下)更具扭曲性。这一点我在上一节已作讨论,而此处的关注点并非探究这种分解对机械论解释之合法性的影响。
相反,就“有机体的机器概念”如何影响自由能原理(FEP)而言,关键问题在于:预设有机体本身(而不仅仅是一个近似模型)。如果确实如此,那么我们就可以根据这些方程中的变量来识别出一组不变的形式部分——即使这些部分在现实中并不对应于任何可从有机体中实际分离出来的离散实体。
正是这种“机器—实体”本体论的两个基本不变量,体现在FEP对“事物”定义所包含的两项稳定性要求之中。因此,对于任何生命系统,只要我们能识别出一组固定的形式部分,其动力学可由某种不变规则加以描述,那么它就符合我此处所使用的“机器”含义。如果这一不变规则表现为向稳态收敛(或遍历性),那么它就更具体地成为一台自由能最小化机器。
我已经提到过,认为趋向稳态可以作为一条第一性原理、从而推导出关于有机体的一切值得关注之事,这种想法是极不可信的。然而,尽管这一框架在刻画生命方面显得尤为贫乏,我想进一步指出:仅仅将其斥为“错误类型的不变量”(the wrong sort of invariant)仍嫌不足。在考察FEP所依赖的不变量为何无法追踪有机体随时间变化的同一性时,我相信我们会发现:根本不可能找到任何一条不变规则能够做到这一点。
如前所述,弗里斯顿以两种不同方式呈现定义稳态系统的那个不变的稳态规则:(1)作为一个必须被保持的、关于状态的固定联合概率分布,即所谓的“生成模型”;(2)作为一个定义稳态系统随机动力吸引子的固定随机微分方程。
前一种表述在将FEP视为贝叶斯大脑理论的哲学讨论中更为常见,但这种统计描述实际上是从动力学要求中推导出来的。
因此,如果每个“事物”确实都是一个具有点吸引子或极限环吸引子的随机动力系统,那么弗里斯顿关于其存在依赖于其状态变化必须符合稳态方程的主张就必然成立。然而,这一结论并非关于一切存在的先验真理,而是源于一个完全可以被证伪的前提。正如我将要说明的,一旦我们用动力系统理论来定义某物,我们就已经承诺了一种实体论本体论——即认为某些本质性的、不变的规则构成了该物之所是。而FEP相关研究恰恰忽视了一个关键的前置问题:动力系统理论(尤其是随机吸引子)是否适合作为定义有机体的条件?
一个动力系统由一组运动方程和一个固定的相空间构成,其中相空间包含所有依赖变量,用以刻画该系统的所有可能状态——包括“运动状态”,如速度。以无摩擦摆为例,其参数包括摆长、质量与重力;其二维相空间由角位置和角速度这两个依赖变量构成;而微分方程则规定了这些变量之间的关系,从而确定系统在相空间中的可能轨迹。
正如隆戈等人(Longo et al., 2012)所描述的,这些方程与相空间通常源自物理学家和数学家所说的系统“对称性”(symmetries)——即在系统经历任何变换时都必须持续保持的不变量。在理想化的无摩擦摆中,这个不变量就是总能量:尽管由位置决定的势能和由速度决定的动能不断相互转化,但总能量保持恒定。运动方程规定了这些保持不变量的变换方式,而相空间则仅包含那些能在某种保持不变量的轨迹中出现的状态组合(见图8.1)。
由于聚焦于时间中的连续变化,动力系统理论(Dynamical Systems Theory, DST)曾被推崇为一种可补充图灵式计算主义(Turing-style computationalism)的离散、非时间性符号操作的认知理论(Van Gelder, 1995; Chemero, 2011)。此外,由于允许相空间由“集体变量”(collective variables)构成——这些变量无需对应于组合机制中的“真实部分”——动力系统理论已被具身认知与能动认知(enactive and embodied)传统的研究者所采纳,用以描述复杂系统的整体性与涌现行为(Chemero & Silberstein, 2008; Stepp et al., 2011; Batterman & Rice, 2014; Ross, 2015)。
学界对DST所提供的“覆盖律”(covering law)描述是否构成真正的解释,以及它是否提供了对机械论分析的真正替代方案,仍存争议(Walmsley, 2008; Kaplan, 2017; Kaplan & Bechtel, 2011; Kaplan & Craver, 2011)。但无论DST是否确实提供了一种替代性的整体解释范式,只要它用一组不变的方程和参数来定义系统,且这些方程与参数不受系统动力学的反作用影响,那么它就仍然保留了我们此处所关注的“机器图景”中的实体论承诺。
正如库特鲁菲尼斯(Koutroufinis, 2017)所言:
“图灵机逻辑有两个基本要素。第一,在状态变量(被计算的内容)与参数、独立变量和算子(从外部给定的内容)之间做出明确区分;第二,不产生任何新的内在因果因素类型,因此被限制在一个固定的态空间中。”(p. 34)
由于依赖于“存在某种不变的变换规则,且可能状态的空间是固定且有限的”这一假设,动力系统工具只能在将目标系统视为遵循机器不变逻辑的前提下对其进行描述。它或许提供了一种不同于计算论或机械论的语言,但其描述范围同样受限。
这并不意味着动力系统模型要求我们对这些方程所建模的对象承诺一种实体论本体论。如果我们把“系统”理解为我们特定近似模型的描述内容(而非现实世界中的目标对象),那么问题就仅在于:我们的模型是否足够灵活,足以刻画目标对象中所有我们感兴趣的行为。同样,说自由能最小化与主动推理框架为建模系统某些行为提供了有用的工具,并不意味着我们必须将自由能最小化视为定义该系统存在的存在性命令(existential imperative)。
然而,如果我们把这个模型当作对“成为某个事物”(例如一个摆或一个人)之本质的定义,那么我们就承诺了一种机器—实体本体论——在这种本体论中,参数、相空间和方程这些外在因素构成了该“事物”的本质特征。如果这些因素发生变化(例如摆的绳子断了),我们就说这个特定的“事物”已不复存在。
正是这种我称之为“有机体的机器—实体观”的承诺,构成了FEP作为“事物理论”的本体论背景。将其应用于摆,似乎尚可接受。但问题是:FEP(或更一般地说,动力系统理论与机器—实体观)是否真能有效识别出有机体存在的必要特征?
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9 以自由能原理寻求稳定性
我们已经看到,FEP的稳态方程允许我们以两种方式描述系统的变化,同时保持一个平稳的概率分布。第一种变化是暂时偏离吸引态集合的波动——只要系统在这些受扰动状态中停留的时间始终足够短。这一点由ESIA循环方程中的耗散分量(dissipative component)所保证,该分量被设定为恰好抵消这些波动。
FEP还允许系统在等概率状态之间循环往复,这由ESIA循环方程中(可选的)螺线管分量(solenoidal component)所描述。这一特性曾被提议作为生物系统的区分特征,但正如第四章所述,这种观点显然不足以胜任:毕竟,从摆锤到行星,许多非生命系统也能在相当长的时间内循环经过一组重复的状态,直到引力和摩擦最终使其停止——然而我们并不会认为它们在任何时刻是“活的”。
因此,相关文献往往预设:识别这些系统的关键,仅在于其拥有单一的随机动力吸引子(single random dynamical attractor),即系统最终将收敛并持续停留于其中的单一自由能最小值。
Ramstead 等人(2021)对此作了简洁表述:
“在此观点下,作为一个生命系统而存在,意味着持续地重新访问同一组状态的邻域(例如,维持在某一特定体温范围或生态环境中)。从技术上讲,这类系统具有一个随机动力吸引子或回拉吸引子(pullback attractor)。这产生了一种非平衡稳态密度,我们可以将其与生命系统的表型联系起来。”(p. 110)
并且,正如八位合著者在一篇更近期的论文中所断言的那样,这种稳态密度及其随之而来的状态惊奇度
可以被表述为一个系统(当其存在时)的本体论潜力(ontological potential)。我们将本体论潜力定义为一种抽象潜力,它诱导出某个系统的动力学吸引子。之所以称其为“本体论的”,是因为它刻画了该系统所属的类型——这仅仅是因为,根据定义,该系统会被吸引到那些表征其自身类型的特定状态集合或路径上(因为它们是该系统的吸引子区域)。(Ramstead et al., 2023, p. 10)
这是一种特别简单的刻画方式,它回避了动态系统模型中可能描述的、种类繁多的行进轨迹(itinerant trajectories),正如弗里斯顿(2019a)所承认的:
“对称性破缺(即相空间中邻近轨迹向不同动力学机制的发散)是非平衡动力学的一个标志(Evans & Searles, 2002),并与动态系统中的自组织临界性等现象密切相关(Bak et al., 1988; Vespignani & Zapperi, 1998)。事实上,复杂性科学的许多内容都致力于解决如何形式化多尺度、行进和混沌动力学的问题……在这部专著中,我们将略去许多更精细的细节(以及如分岔、挫折和相变等现象),并假设自组织系统的有趣行为可以通过具有正确形状的非平衡稳态密度来捕捉。”(p. 20)[我的强调]
在刻画生命形式时,这种聚焦于反复循环回到相空间同一区域的系统,具有一定合理性,因为它延续了一种将稳态视为有机体基本原理的方法——我们在阿什比那里见过这种逻辑。阿什比和弗里斯顿都认为,这种逻辑超越了身体调节,扩展到了我们这些复杂生物的所有活动:从呼吸、心脏、昼夜节律或荷尔蒙周期,到我们的日常习惯、每周日程和年度节日。一个很好的例子来自一项对数百万手机用户记录的研究,该研究发现,在三个月的时间跨度内,无论个人倾向于走多远,他们的位置都可以以93%的准确率被预测出来(Song et al., 2010)。
然而,观察到有机体常常定期重返相同的状态,并不能证明这是其持续存在的必要条件。一种普遍的趋势并不等同于一种必然性。人类可能是习惯和常规的造物,但他们同时也是会经历剧烈身份危机的造物。他们可能在连续三个月内定期重返相同的地点,但在三个月结束时,他们可能会离开并永不归来。一个怀揣明星梦的小镇女孩奔赴大城市的璀璨灯光;一位疲惫的研究员在西伯利亚搭起一座原木小屋;某种类型的男人到了一定年纪,便把每日通勤和大众高尔夫车换成摩托艇和钓鱼执照。
那么,也许对FEP最广为人知的反对意见——常在“暗室问题”(the dark room problem)标题下讨论(Sun & Firestone, 2020; Friston et al., 2012)——正是指出:最小化自由能的驱动力甚至无法触及人类行为所特有的那种多样化的创造性与求新活动。
对此反对意见的一种常见回应,是试图将此类行为概念化为一种暂时性的偏离,这种偏离在短期内会增加自由能,但服务于长期增加代理者的表征和行为库,从而更好地定位自己以在长期内减少自由能(Seth et al., 2020)。尽管如此,虽然好奇心驱动可能有助于实现长期的惊奇最小化,但解决这种“利用-探索权衡”(exploit-explore trade-off)的方案并非直接源于“针对某一特定状态和单一生成模型减少惊奇”的强制要求(Millidge et al., 2021b)。因此,描述这种探索性行为需要构建一个新的量,例如“预期自由能”。与变分自由能不同,预期自由能是在系统所有可能轨迹上进行评分的,而非针对单个状态;正如Millidge等人(2021b)所描述的,它不仅仅是一个延伸到未来的变分自由能,而是另一种完全不同的函数。虽然最小化变分自由能涉及最小化一个捕捉代理者模型修正的复杂性项,但在预期自由能中,这个复杂性项是被减去而非加上。这意味着,当最小化预期自由能时,将新信息纳入你的模型现在是一种奖励,而非惩罚。虽然这对主动推理模型的目的而言是可行的,正如Millidge等人(2021b)所描述的,这种由好奇心驱动的成分并非直接从FEP的惊奇约束要求中推导出来的原则性结论。
为了挽救FEP的基础地位及其基于“惊奇最小化”这一命令的根基,我们需要一种方法,允许系统不仅仅通过短暂偏离单一稳态机制来维持自身——也就是说,一种让它在不同稳定机制之间移动时仍能保持其身份的方法。文献中已有三种实现方式。第一种,我称之为“异速策略”(allostatic strategy),涉及将FEP的稳定性指令限制在一个特权的“核心变量”子集上,从而解放所有其他有机体的状态和行为,使其可以以任何服务于这一受限稳态任务的方式发生变化。
类似地,第二种“层级”或“多尺度”(multiscale)策略也涉及对我们的系统进行划分。然而,与异速策略引入不同类型变量之间的划分不同,“多尺度”策略则依据时间尺度做出区分,提出:在某一时间尺度上看似从一个稳态机制转变为另一个稳态机制的变化,可以在更长的时间尺度上被概念化为更高层次的稳定性。正如主动推理用大脑中生成模型的层级来描述学习一样,我们或许也可以用不同生物学组织层面实现的模型层级来描述个体有机体行为的适应性变化。
我将论证,这两种策略均不成功:有机体既不受限于特权生理变量的统计稳定性,也不受限于更高阶参数。因此,FEP的支持者最近提出了一种相当令人惊讶的第三种策略,他们声称,该策略涉及放弃对统计上稳定稳态的要求(Sakthivadivel, 2022; Ramstead et al., 2023; Friston et al., 2023)。然而,放弃这样一个要求,将使FEP沦为一个空洞的重言式,对符合它的系统施加无意义的约束。
确保FEP在任何层面上对生物系统进行描述时都必然且有意义地成立的困难,不仅反映了该理论本身的局限性。正如我将在第9.5节论证的,这是更深一层问题的产物——即实体主义尝试用任何类型的稳定不变量来定义有机体身份所固有的问题。有机体更像是过程而非实体,它们的连续性源于其发育的每个阶段如何与前一阶段相关联,而不是源于任何贯穿这些变化的不变特征。
9.1 异速策略
9.1.1 从稳态到异速调节
越来越清晰的是,不可能将FEP的稳态要求——其作为基础性原则的最全面形式——维持下去,因为该原则直接限制了有机体为生存所必须做的一切。
我们需要的是一种修正,它能使这一原则纳入系统在经历比“原地打转”更深刻变化时仍能持续存在的可能性。
在此处最自然的做法是借鉴生物调节传统中的一个熟悉概念——区分稳态(homeostatic)与异速调节(allostatic)机制。前者仅涉及那些“对生命真正至关重要的系统”,例如调控体温或血氧水平的系统(McEwen, 2000, p. 173)。相比之下,“异速调节”的概念则指代第二阶机制,它们调控的是代理变量和行为,而这些变量和行为的稳定性并不直接与生存相关联。因此,异速调节的关键特征在于,它能够涵盖超越单纯维持不变稳态的各种形式的变化。
仅仅为了与稳态形成对比而界定异速调节,仍留下了许多关于这种更灵活的调节方式如何管理、以及其目标应如何被构想的积极提案。因此,正如Corcoran和Hohwy(2018)所描述的,自Sterling和Eyer(1988)首次引入“异速调节”一词以来,许多模糊且相互矛盾的调节概念均被打上了“异速调节”的标签。具体到自由能原理的语境中,最近的研究将异速调节刻画为一种独特的、前瞻性的、基于模型的方式,即选择一条轨迹而非单一的状态集合,以调控变量(Barrett et al., 2016; Barrett, 2017; Pezzulo et al., 2015)。由于许多对稳态的干扰是周期性和规律性的,因此异速调节模型允许身体采取行动,以最小化相对于预测状态轨迹的预期自由能,从而在干扰实际发生之前就预防对稳态的破坏。举个例子,动物不会等到低血糖症状出现才采取补偿措施,而是会预判血糖水平将下降,从而提前寻找并进食。
因此,在技术层面上,主动推理框架拥有建模异速调节和稳态调节机制的工具,前提是FEP的稳态ESIA循环被限定为仅描述核心变量的稳态。但这种同化预测性调节机制的能力,并非异速调节给FEP带来的核心问题所在。核心问题在于:FEP迫使我们如何概念化异速调节的目标。如果异速调节要从FEP的生存第一性原理分析(即惊奇最小化)中推导出来,那么异速调节和稳态就不能仅仅被视为两种各自独立逻辑的调节模式。相反,前者最终必须服务于后者——即服务于维持某些“核心”变量的稳定性。如果FEP的稳态公式要想保留其捕捉有机体根本性命令的效力,那么这些变量的必要稳定性就是本质性的。因此,自由能文献中关于异速调节的大部分研究都明确指出,异速调节的目的在于服务于一个朝向稳态的“根本性命令”(Gu & FitzGerald, 2014; Pezzulo et al., 2015; Seth, 2015)。
维持对某种有限形式稳态的承诺,不能通过仅仅引入核心变量与代理变量之间区别的可能性来解决。我们需要的是一个有原则的基础,用以区分哪些变量的稳定性定义了有机体的持续存在。FEP本身并未提供一种方法来推导出这种区别。正如第5章和第6章所述,无论是马尔可夫毯还是ESIA循环,都无法提供一个有原则的基础来划分什么构成有机体,什么不构成有机体。一旦我们使用其他方法选定了相关变量,我们当然可以很好地问:它们的趋势和依赖关系是否可以用马尔可夫毯、ESIA循环和稳态来描述,但这些工具并不能为我们提供最初的划分依据,而只是对我们可能选定的任何变量之间的允许交互施加一些约束。
识别哪些因素对有机体的生存至关重要,哪些不是,这似乎是生命的第一性原理分析应该提供的首要内容。此外,我们应当期望这一原则所做的不仅仅是观察有机体一生中哪些状态实际上保持稳定,然后将这些状态描述为“必须”保持稳定的状态。只要我们接受全局决定论,这或许在技术上是成立的,但它无法处理“血糖调节的重要性”与“发色的重要性”之间的任何区别。
即使FEP没有为我们识别出核心变量,这也只会削弱其作为第一性原理的地位,而非削弱自由能最小化作为一种建模框架的适用性。如果我们有一种先验的、独立的方法来识别我们的核心变量,那么用自由能最小化的术语来描述它们,最多不过是用统计重述的方式来表达我们已知的内容。尽管如此,量化它们的稳态稳定性——以某些状态的惊奇度来衡量——可能会为主动推理框架提供一个立足点,并有望成功地用预期自由能最小化来建模第二阶的异速调节。
然而,这种方法只有在我们承认一个假设前提时才有效,即有机体确实拥有一些核心变量。只要我们将异速调节视为服务于稳态的一种手段,那么这个版本的异速调节策略所能做的,仅仅是允许缩小被视为核心变量的范围。FEP对异速调节的处理仍然保留了“存在一些核心变量”的要求,因此,它依然致力于“有机体作为实体”的观点——即有机体由一些必须随时间保存的不变特征所界定。
允许有机体的一些状态或行为并非对其身份至关重要,这或许会使不变性的主张显得更为合理。然而,将异速调节概念化为一种“服务于稳态”的机制,这与Sterling所宣称的引入该概念的初衷直接相悖——他引入该概念是为了“取代稳态作为生理调节的核心模型”,并着眼于调节是为了满足适应性需求,即为了生存和繁殖(Sterling, 2004)。Sterling观点的关键在于,这些需求无法被简化为任何生理变量波动的稳定性。正如他在一个范例性的“基本”生理变量(如动脉血压)案例中所描述的:
“它与已识别的外部刺激和心理状态密切相关,其变化幅度极大。当受试者在课堂上打瞌睡时,血压降至80/50;当他被针扎时,血压飙升至150/70;随后,他意识到这是个玩笑,再次放松,血压又回落至80/50。在性交期间,血压飙升至170/90,而在睡眠期间则急剧下降至约70/40,甚至一度低至55/30。清晨,血压几乎上升到性交时的水平,并在数小时内保持高位。”(p. 7)
此处所描述的偏离稳定状态的波动,既不是规律性的循环,也不是需要被抵消的随机扰动,而是对特定事件的适应性反应,服务于关键的、依赖情境的功能。以血压为例,其功能在于根据细胞代谢率增加的需要,在恰当时刻提供更多的氧气。这种变化是否具有适应性,并不取决于它发生的频率,而恰恰取决于它发生的时机——即它所处的具体情境。如果当我面对一头500磅重的灰熊时,我的血压没有升高,那么我的死因将不是统计意义上的;我会因为缺乏足够的氧气来支持在这种异常情况下所需的剧烈逃跑行为而死亡。相反,如果在并不需要能量活动的情境下,我的血压仍然持续偏高,那么即便这是我的“常态”,也并不意味着这是一种生理上的“好”状态——因为我实际上在持续消耗超出所需的能量。
斯特林(Sterling)指出,这个道理适用于我们视为关键的几乎所有生理参数:“它们都以不同的幅度和时间常数波动,而这些波动都共享一个共同目标。但这个目标并非恒定不变,而是以最低代价实现性能最优化的协调性变化。”(p. 9)他认为,我们所观察到的规律性,更应被理解为需求的偶然规律性(contingent regularities of demand)的结果——例如,普通学者极少遭遇500磅灰熊的追击——而非生存本身所必需的内在原则。
这种对情境的敏感性,存在于所有生物体的生存参数中,甚至最简单的单细胞生命也不例外。一个经典例子是大肠杆菌(E. coli)的乳糖操纵子(lac operon)机制。通常情况下,这类细菌可被很好地描述为稳态系统:它们循环代谢葡萄糖分子,摄入水平在某一稳定值附近略有波动。然而,当葡萄糖水平下降而乳糖水平上升时,大肠杆菌DNA中的一个编码区域会被激活,触发酶的生成,从而使其也能代谢乳糖。这相当于从一个稳态——其稳定概率分布中乳糖代谢的可能性为零——转移到一个新的稳态,其中乳糖代谢具有很高的概率。
如果我们接受自由能原理适用于此类低层次生理变量(如血压或乳糖代谢速率),并接受它将“存在”定义为这些变量的稳定性、将“死亡”定义为远离稳态的相变(phase transition),那么我们就不得不将大肠杆菌从“不代谢乳糖”的稳定模式转向“代谢乳糖”的新模式这一转变,描述为该细菌的死亡。
9.2 多尺度稳定性
如果有机体的需求与要求,以及服务于这些需求的调节过程,无法建立在任何特定低层次生理变量恒定性的基础上,那么仅仅引入一个服务于选择性稳定性的二阶异速调节过程,并不能解决我们的问题。尽管如此,在这一点上,稳态论的捍卫者可能会反对说,我们尚未证明这些需求不能至少用变量的稳定性来描述——即使不是直接推导出来的。人们总是可以建议,最终必然存在某种更高阶的变量,其稳定性捕捉了“适应性”或“表现”的概念,并支配着其他变量中所有这些随情境变化的波动(Stephan et al., 2016)。例如,Corcoran和Hohwy(2018)认为,斯特林的例子所表明的是:血压是一个错误的关注变量。与其将高层次的调节变化视为服务于低层次不变性,我们不如将所有这些低层次的变化视为服务于一种更高阶的稳定性。
诉诸更复杂、多稳态吸引子景观(multistable attractor landscapes),是一种常见的方法,用于纳入看似稳定的机制崩溃的现象。例如,在建模神经动力学的语境中,FEP之前的弗里斯顿(Friston, 2000)指出,稳定机制的变化可以用两种方式描述:(类型1)在由一个不变方程所决定的一组不变的亚稳态吸引子之间移动;或者(类型2)改变控制该系统动力学方程的参数,从而改变其吸引子流形。如果类型2的变化是不可约化的——也就是说,如果过渡方程参数的改变无法从其他某个方程推导出来——那么该系统的潜在行为将超越FEP乃至任何数学模型的形式化能力。
然而,正如弗里斯顿所论证的,类型2的变化也可以通过简单地将一个描述这些控制参数如何变化的方程纳入到描述系统行为的整体方程组和状态空间中来加以描述。只要这个方程本身没有进一步变化的控制参数,那么这种方法就可以使一个看起来经历类型2变化的系统,转变为一个只经历类型1变化的、更全面的系统——因为它是在一个固定的、多稳态吸引子流形中进行转换。弗里斯顿认为,这是一个关键的观察,因为它表明类型I和类型II复杂性之间的区别仅仅是视角问题。换句话说,从一个系统的角度看可能是类型II复杂性,但当一个人“退后一步”,考虑一个包含该系统的更大系统时,它可能就变成了类型I复杂性。(Friston, 2000)
因此,我们可以这样为自由能原理辩护:我们所展示的是,有机体的生存并不直接依赖于生理变量上稳定概率分布的保持,而是依赖于某组更高阶参数的稳定性——这些参数决定了在不同稳态之间循环往复的周期。正如我们在第3.3节所见,这正是主动推理框架在纳入学习时所采取的策略,其中低层次参数的变化被描述为服务于最小化相对于更高阶不变模型的自由能(Pezzulo et al., 2018)。
如果自由能原理要维持其作为第一性原理的范围——即支配有机体所做的一切——那么我们必须始终能够识别并纳入一个固定方程,该方程支配着有机体所经历的所有变化,并且具体来说,这个方程必须具有正确的稳态形式,以便被翻译成该系统的稳定生成模型。
然而,现在的问题是,我们不能再仅仅通过选取我们发现的第一个重复行为模式,就推导出我们对惊奇度的衡量以及对该有机体的生成模型——因为这可能只是更高阶稳定性保持过程中一个暂时的稳定阶段,而非反映该系统完整生成模型的特征。那么,我们该如何识别这些更高阶的稳定性呢?
一个早期的提议可以在Friston和Ao(2012)以及Hesp等人(2019)的建议中找到,他们提出:自由能最小化的多个尺度不仅体现在个体系统内的不同时间尺度上,而且体现在超出个体之外的不同空间尺度上——也就是说,在群体或物种层面。如果是这种情况,那么与其事后追溯一个大肠杆菌在其整个生命周期中的行为,以建立一个稳定的概率模型,我们反而可以从某一特定时间点上一组大肠杆菌的快照出发,推导出其生命周期的统计特性。
这样做,我们可以发现:对于任何随机选定的时间段,处于乳糖代谢状态的细菌比例是恒定的——比如说10%。因此,我们可以为大肠杆菌建立一个模型,将其描述为具有10%的概率代谢乳糖。从这一物种层面模型的角度来看,一个个体大肠杆菌从连续九天仅代谢葡萄糖突然转变为开始代谢乳糖,将不再显得令人惊讶。相反,它将成为该大肠杆菌总体模型下可预测且反复出现的相变。
要证明这种“同时刻的集合”生成模型与“随时间演化的个体”生成模型之间的转换,不仅仅依赖于每个系统都将收敛到稳态的假设,还依赖于更强的要求——遍历性(ergodicity)——即我们可以将系统在不同迭代下状态的概率分布视为可互换的,尽管它们的初始条件不同。正如第4章所讨论的,之所以放弃遍历性而采用较弱的稳态要求,是因为遍历性实际上很难在理想化模型之外得到证明。正如Colombo和Palacios(2021)所指出的一个特殊问题,个体平均行为收敛到集合平均值所需的时间可能任意漫长,远远超过该系统实际存在的持续时间(另见Palacios, 2018; Gallavotti, 1999)。
对于像大肠杆菌这样行为库相对较小的生物而言,这种问题或许并不那么明显,因为每个成员都可以由一个不变的物种层面模型来定义的想法可能尚算合理。然而,当应用于人类等生物时,物种成员可能占据的所有状态上的任何概率分布,都可能涵盖如此广泛的可能性,以至于对任何一个个体的动力学完全不具信息量。
生命短暂。即使存在一个关于人类生存能力的固定吸引子流形,我们物种的任何单个成员也永远没有足够的时间去探索足够的可能性,使其个体动力学随时间收敛到一个稳定的概率分布。在这方面,FEP的“物种层面”稳定概率分布不仅是一个永远不会被我们感兴趣的这类系统实际实现的渐近理想化,更重要的是,它对这些系统在它们实际存在的那些时间尺度上的动力学施加了无信息约束。
9.2.1 发育问题
时间尺度问题是拒绝用群体层面(ensemble-level)概率分布来描述复杂个体实体预期行为的一个理由。然而,遍历性(ergodicity)对生命系统尤其成问题的原因,并不能仅仅归结为:生命系统包含太多组分和自由度,以至于收敛到重复行为模式所需的时间异常漫长。正如科隆博与帕拉西奥斯(Colombo & Palacios, 2021)以及迪保罗等人(Di Paolo et al., 2022)所指出的,有机体之所以特别难以用任何稳定的概率模型来描述,是因为它们是不可还原的历史性系统(irreducibly historical systems):其活动会引导(canalize)自身未来的动力学,并不断改变自身的可能性空间(space of possibilities)。
随着我们的发育和衰老,过去可能的状态不仅离我们当前的轨迹越来越远,而且会彻底退出我们的可能性空间。无论我们活多久,都无法重新拥有青春。在任何一个发育中的系统群体中,总会存在某些在群体层面上具有合理概率的状态,但对某些个体而言却已不再可能。例如,就人类群体而言,随机挑选一个个体有20%的概率拥有乳牙;但这绝不意味着,只要我活得足够久、再次变成婴儿,我就有20%的概率重新长出乳牙!
有机体所经历的许多变化,并不属于任何更大范围的循环——无论是在稳态内部,还是在不同稳态之间。它们是不可逆的变化,例如从一个未分化的细胞团发育为一个复杂、异质的新生儿过程中,整个身体结构所经历的剧烈转变。每个生命系统或许都会在某个阶段作为婴儿存在一段时间,但一旦进入成年,新生儿状态就彻底不再属于该个体有机体的可能性空间,即使这些状态仍包含在物种整体的模型之中。
显然,要解释发育现象,就必须放弃诸如“事物仅在它们具有遍历性**(或处于稳态)”之类的主张(Friston, 2019b, p. 176)。任何包含发育阶段的时间尺度都无法满足这一要求,从而导致荒谬的结论:比如,我可能在今天下午10点到5点之间“存在”,但从我出生到第一个生日这段时间内却“不存在”。
如果我们放弃将物种层面与个体层面的概率分布等同起来、并试图从前者推导后者的尝试,我们或许仍能为物种层面模型在决定个体行为方面找到一个更弱的角色。即使没有遍历性,我们仍可认为物种的生成模型描述了一个吸引态集合,个体最终会达到并随后维持——即一种稳定的成年形态。然而,尽管发育阶段可能是整个物种稳定生成模型的一部分,但该生成模型无法定义个体有机体,因为对个体而言,这些是不可逆的发育转变,不会重复出现。
因此,与Ramstead等人(2018)及Friston与Ao(2012)的观点相反,我们不能将有机体的存在简化为对一个稳定生成模型的维持。不过,我们或许可以提出:一旦有机体达到稳定的成年形态,其后续行为就可以用主动推理和变分自由能最小化来描述,以维持这一最终形态的稳定性。这将显著缩小自由能原理的适用范围——从原先声称“有机体所做的一切都可归结为维持其状态的稳态稳定性”,转变为仅适用于成年期的稳态维持。
这种范围的缩小是对最初那个不可信主张的改进,但不幸的是,“物种**(或其他生物群体)”这一想法也好不到哪里去。
与遍历性表述不同,这种观点为发育阶段的个体差异留下了空间。然而,如果每个个体有机体都应达到的稳态模型是从其物种推导而来,那么这就仍然要求:同一种类的每个有机体最终都会达到一种可相互替换的状态。任何个体性都被限制在两个方面:要么是系统通往稳态的特定路径,要么是对该稳态的随机波动。
此外,认为发育可以被限制在早期阶段——即仅涉及达成一个预定构型,此后在整个生命周期中保持不变——是极其不可信的。经历中年危机的不只是复杂的人类。即使在达到稳定形态之后,许多有机体仍会持续经历生理上的转变。自由能文献有时会将经历变态的蝴蝶视为一个奇怪的例外,承认它不符合“有机体可由平稳概率分布定义”的规则,但很少有人认真思考这一例外对“将所有适应性、自创生和自组织行为统一于一个简单命令之下:避免惊奇,你就能活得更久”(Friston, 2012, p. 2)这一目标所带来的后果。
这种表型可塑性(phenotypic plasticity)其实并不罕见。例如,已知有500多种鱼类在适当条件下会改变性别(Murata et al., 2021);又如,当短角蚱蜢达到临界密度时,会从一群温顺的个体戏剧性地转变为一群外观和行为截然不同的、成群结队的蝗虫(Burrows et al., 2011)。
不可重复的转变不仅出现在发育过程中。正如迪保罗等人(2021)所指出的,这种永久性转变的可能性——如“胚胎发生、生命周期模式、表观遗传变异、变态和共生”——贯穿于有机体整个生命周期。这并不意味着在这些转变中不存在某些偶然保持不变的状态。关键在于:我们完全能够毫无困难地将一只蝴蝶识别为同一只曾进入蛹中的毛毛虫的延续,或将成人识别为婴儿的延续,尽管它们的可能性空间已大相径庭。
9.3 从稳态到可预测路径
自由能原理(FEP)最初被表述为这样一个主张:有机体所做的一切,都可以归结为稳态命令(homeostatic imperative)——即最小化其状态的惊奇度(surprisal)。若将其解读为适用于系统每一个状态的最广义主张,显然站不住脚;但如果将其限制为仅适用于某些特权子集——无论是低层次的生理状态,还是低层次状态变化方式所构成的高层次关系——则显得不那么荒谬。然而,即便我们只寻求这种受限形式的稳定性,我们仍会发现:要找到一种对有机体的描述,使其既足够普遍(以贯穿所有情境敏感性和发育变化),又足够具体(以刻画该特定有机体随时间的存续),是极其困难的。
试图彻底证伪“生物组织背后存在某种必要稳定性”这一观点,有点像在太阳系中搜寻伯特兰·罗素(Bertrand Russell)所说的那个不可观测的星际茶壶。尽管如此,我们能做的不应只是摊手耸肩,把举证责任推给信徒。正如茶壶是人造物,使得“地球与火星之间轨道上存在一个茶壶”的可能性极低;同样,生物组织各个层面普遍存在的不可逆变化,也足以严重动摇我们对“状态必然重复出现”这一信念的信心。
因此,近期FEP相关研究做出了一个相当出人意料的转向:建议该原理可以在不依赖稳态要求的情况下被表述——而迄今为止,稳态要求恰恰构成了FEP全部的经验内容。从技术上讲,这种重新表述相对简单:我们将“系统在某一特定状态下最小化自由能”的要求,替换为“系统必须选择一条路径,使得该路径上所经历的总体自由能积分最小”(Sakthivadivel, 2022; Ramstead et al., 2023; Friston et al., 2023)。
正如Ramstead等人所指出的,这种表述在主动推理的行动规划方法中已是标准做法:系统不仅推断自己应占据的最可能状态,更推断其自由能在整个未来状态轨迹中将如何变化。这种具有时间深度的推理,使其能够选择那条预期自由能积分最小的策略(policy)。
此前,这种前瞻性的、或称异速调节(allostatic)的过程被视为服务于稳态命令的手段;而上述作者现在似乎暗示:基于路径的自由能最小化才是更基本的命令,可据此定义代理者的动力学。他们认为,这将允许路径包含那些并不立即最小化自由能或惊奇度的状态变化——只要这种暂时增加能使路径获得更大的后续减少,从而使得整条路径的自由能积分低于任何其他可能路径。
为说明这一思想,不妨比较一位守规矩的轮滑者...
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