张江集智谷线下主讲：因果涌现与多尺度研究

导语

为了系统梳理因果涌现最新进展，北京师范大学系统科学学院教授、集智俱乐部创始人张江老师领衔发起，邀请对复杂系统与涌现问题感兴趣的研究者与同好共同研读前沿文献、碰撞科研灵感。

本周开启第七季第一期，主题“因果涌现与多尺度研究”。张江老师梳理因果涌现多条路径（因果度量、信息分解、可逆性与SVD），展望因果涌现2.0与层论方向；王志鹏学者以脑神经数据为例，介绍以机器学习驱动的最优粗粒化框架，揭示清醒状态下的跨尺度因果整合与涌现峰值。欢迎感兴趣的朋友加入读书会，一起在这片快速生长、思想频出的研究领域中把握脉络、发现问题、寻找未来的科研方向。

本期活动为线上线下同步，线下为北京门头沟区集智谷，欢迎报名线下，来集智谷打卡。

报告简介

张江：因果涌现的多条路径：因果度量、信息分解与SVD

因果涌现理论试图利用动力学的因果效应和粗粒化来量化复杂动力系统中的涌现现象。自从2013年该理论的提出以来，因果涌现已经生长出多条不同的发展路径，包括Erik Hoel的最大化有效信息的经典路径、Rosas等人基于整合信息分解的路径，以及我们团队发展起来的基于动力学可逆性和SVD的因果涌现理论路径等。近期，因果涌现的文献又呈现出小爆发的态势，新的思想不断涌出，例如Erik Hoel的因果涌现2.0将理论引向了复杂系统的多尺度分析框架之下；基于层论的因果涌现则可能为大模型的可解释性提供新的理论框架等。本讲座将回顾因果涌现的发展历史，并对若干未来的理论和应用的前沿发展方向进行展望，同时也对整个本季读书会的内容进行鸟瞰式概览。

王志鹏：基于多尺度因果力视角下的脑神经系统中的因果涌现

因果涌现理论发展迅速，但目前主要应用于简单系统，在解决真实脑神经等复杂系统问题时仍面临挑战。意识作为神经科学与机器学习的交叉领域，其如何从集体神经活动中产生尚待阐明——尽管意识将宏观体验与微观神经活动相联系，但跨尺度的因果整合机制仍不清晰。整合信息理论与因果涌现理论分别从内在因果结构和跨尺度因果力角度解释意识，却因缺乏跨尺度数据和计算限制而难以验证。本次读书会将介绍一项研究：通过机器学习框架分析小鼠背侧皮层在不同意识状态下的近单细胞钙成像数据，学习最优粗粒化策略以最大化预测精度和宏观因果力。研究发现清醒状态下存在低层级输入驱动的整合机制与高层级亚稳态动力学特征；所有状态中一维宏观变量均可集中系统因果力，但仅在清醒时因果涌现达到峰值（伴随跨尺度因果力分布更均匀），标志着涌现复杂性最大化。该研究为揭示复杂生物系统的涌现动力学提供了可扩展的数据驱动范式。

分享大纲

• 量化涌现研究的历史

• • 统计物理与序参量

  • 基于状态的涌现量化

  • 计算力学理论

  • 格兰杰涌现

• 因果涌现理论及应用

• • Erik Hoel的因果涌现框架

  • 有效信息

  • 粗粒化

  • 复杂网络上的因果涌现

  • 机器学习与因果涌现

  • 应用研究案例

• 基于信息分解的因果涌现理论

• • 部分信息分解

  • 整合信息分解

  • 因果解耦与向下因果

  • 近似计算

  • 问题与挑战

• 基于动力学可逆性和SVD的因果涌现理论

• • 马尔可夫链的可逆性

  • 精确与近似的动力学可逆性

  • 基于SVD的因果涌现理论

  • 基于转移算子的因果涌现理论

  • 机遇与挑战

• 因果涌现理论的最新发展

• • 闭圈理论

  • 对称性与涌现

  • 基于一般因果效应度量的因果涌现理论

  • 基于层的因果涌现理论与应用

  • 因果涌现2.0与涌现工程

• 脑神经系统中的因果涌现

• • 因果涌现识别框架（NIS+）

  • 多尺度因果力分布

  • 涌现动力学分析

  • 跨尺度的信息聚合

  • 脑区归因

核心概念

因果涌现2.0，最大化有效信息，整合信息分解，动力学可逆性，SVD，复杂系统多尺度分析，层论，大模型可解释性，因果涌现工程化，意识与涌现，整合信息论，因果涌现识别框架（NIS+），脑区归因，跨尺度信息聚合

主讲人介绍

张江，北京师范大学系统科学学院教授，集智俱乐部、集智学园创始人，集智科学研究中心理事长，曾任腾讯研究院、华为战略研究院等特聘顾问。主要研究领域包括因果涌现、复杂系统分析与建模、规模理论等。

个人主页：https://jake.swarma.org/

王志鹏，北京师范大学在读博士。研究兴趣包括复杂网络与机器学习、因果涌现。

参考文献

• 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).

时间信息

2026年2月22日下午2:00-5:00，集智谷线下+腾讯会议线上进行，微信视频号+集智俱乐部B站号同步直播，感兴趣的朋友扫码报名加入因果涌读书会后，可进入学员群进行交流。

直播信息地址信息

北京门头沟区集智谷（FIRST青年电影中心）

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报名读书会：「因果涌现第七季」

为系统梳理因果涌现领域的最新进展，北京师范大学系统科学学院教授、集智俱乐部创始人张江老师领衔发起，组织对该主题感兴趣的研究者与探索者共同研读前沿文献、交流研究思路。读书会将于2026年2月22日起每周日上午（创建读书会暂定时间为10:00-22:00）线上开展，持续约10周，包含主讲分享与讨论交流，并提供会后视频回放，诚邀相关领域研究者及跨学科兴趣者参与。

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