用“主动推断”理论解读室内灯光对认知和情绪的影响

How Light Reshapes the Mind An Active Inference Framework for the Cognitive and Emotional Effects of Indoor Lighting

光如何改变我们的心智：用“主动推断”理论解读室内灯光对认知和情绪的影响

https://arxiv.org/pdf/2605.01290v1

一、研究背景与问题

室内照明对人类的认知、情绪和行为调节具有显著影响，但既有研究存在两大根本缺陷：一是碎片化——大量实证研究各自为政，缺乏统一的理论框架来整合零散的发现；二是纯经验性——研究停留在识别现象层面，未能揭示照明影响行为的深层计算机制。本文试图弥补这一空白。

二、核心理论框架

论文以主动推断（Active Inference）和自由能原理（Free Energy Principle）为理论基石，提出一个核心假设：光通过三个计算上可区分的通道影响人类行为——

1. 认知通道（Epistemic Channel）：由照度（illuminance）介导，影响感知对象的模糊性或可辨别性，即决定智能体“能看清什么”。

2. 情感通道（Affective Channel）：由相关色温（CCT）介导，影响生理唤醒水平（相对于用户昼夜节律最优值），即决定智能体“感觉如何”。

3. 规范通道（Normative Channel）：由光谱组成（spectral composition）介导，影响在特定情境下更容易维持的行动倾向，即决定智能体“倾向于做什么”（投入工作还是休息）。

这三通道架构的提出，是对已有照明文献的理论整合——论文认为，大量零散发现实际上可以归入这三个维度，只是此前未被明确识别和形式化。

论文性质与贡献定位

论文明确声明其贡献是理论性的，而非工程性的：

• 它不是一个校准过的人类阅读表现预测模型；

• 它是一个将照明实证发现连接到一个显式生成架构的计算框架，该架构具有可检验的、非平凡的理论特征。

换言之，本文提供的是一种将光视为推理、唤醒和行为调节器的计算理论，并将其转化为具体的实验预测——告诉后续研究者“应该测量什么、在何种照明条件下、针对何种人群”。

总体评价

本文的独特价值在于：它不是又一篇报告“光照如何影响表现”的实证论文，而是试图回答一个更深层的问题——“光照影响行为的计算逻辑究竟是什么？”通过将照明分解为照度、色温、光谱三个物理维度，并分别映射到认知精度、生理唤醒、行为倾向三个计算通道，论文为理解室内照明与心智的关系建立了一个统一的形式化语言。核心反转预测（远角好于亮处）是对其理论架构最有力的证明——它挑战了直觉，且只有三通道模型才能推导出来。论文的局限也显而易见：作为概念验证，其参数选择基于定性合理性而非经验拟合，模型预测有待真实实验检验。这正是作者所期待的下一步。

摘要

室内照明影响认知、情感和行为调节，但这些影响通常被作为孤立的实证研究发现来研究，而非作为一个统一计算过程的组成部分。本文提出了一种主动推断（active inference）解释，用于说明共享室内照明——即办公室、教室和图书馆等多用户环境中非个性化的照明——的影响。核心假设是，照明通过三个计算上不同的通道影响行为：一个认知通道（epistemic channel），其中照度调节感知精度；一个情感通道（affective channel），其中相关色温根据用户的昼夜节律最优值调节生理唤醒水平；以及一个规范通道（normative channel），其中光谱组成使行为倾向在投入与休息之间发生偏移。

为了形式化并检验这一假设，本文在主动推断框架下开发了一个概念验证型部分可观测马尔可夫决策过程（POMDP）。该模型模拟一个认知智能体在五小时内持续进行阅读任务，同时从两个模态接收观测信息：阅读表现和眼动追踪。文字清晰度是照度的对称函数；眼动信号则是不对称的，在眩光下由于瞳孔收缩而迅速退化，在次优照度下则保持平坦。在完整因子设计中交叉了三个因素：照明场景（暖暗、中等、亮冷）、昼夜节律类型（早晨型、中间型、傍晚型），以及在具有模拟光度场的实际指定房间内的空间桌面位置。

从模型结构中推导出六个可证伪的预测，所有预测均在 次重复（蒙特卡洛模拟次数）下得到证实。核心预测涉及在强烈冷光照明下表现的空间排序。在中等光照下，表现遵循清晰度梯度：光照条件最好的桌面位置产生最佳输出。在强烈冷光下，这种排序完全反转：在两个通道中清晰度最好的桌面位置——即远端角落仅接收402勒克斯的位置——产生的阅读速度（71.3词/分钟）高于在1200勒克斯眩光下两个通道清晰度接近零的位置（59.9词/分钟）。这种反转源于两个同时发生的机制：光照良好的智能体准确感知自身状态恶化并策略性休息，而受眩光致盲的智能体在状态恶化中盲目工作，但承受直接的速度机械惩罚。在这种条件下，远端角落位置的策略性休息产生的总输出高于严重眩光下的盲目坚持。这一预测需要多通道架构，并且在照明仅通过唤醒或仅通过单调清晰度起作用的模型中是不被预期的。其他预测包括：场景之间存在昼夜节律类型特异性的风险符号反转；位置与昼夜节律类型的交互作用在早晨型和傍晚型之间相差两倍；以及中间型昼夜节律的预期自由能风险在所有场景下具有结构不变性，这是将其情感耐受因子设为零的直接结果。

本文的贡献是理论性的：它并未提供一个校准过的人类阅读表现模型，而是提供了一个计算框架，将照明的实证研究发现连接到一个具有可检验且非平凡特征的显式生成架构上。简言之，本文提供了一种将光视为推理、唤醒和行为调节器的计算理论，并将其转化为具体的实验预测。

1 引言

建筑、认知、情感和总体幸福感之间的深刻联系现已得到广泛认可并得到大量研究（Abbas 等，2024；Djebbara 等，2019，2021；Eberhard，2009a,b；Pallasmaa，2015）。神经科学技术的最新进展使得能够更深入地理解建筑设计选择如何影响人脑和行为，克服了以往方法论上的局限性（Wang 等，2022）。在构成人工环境的所有要素中，照明起着至关重要的作用（Sholanke 等，2021；Livingston，2022；Plummer，2016）。光对于视觉和空间感知至关重要，并且是呈现信息的主要媒介。除了视觉之外，光在调节昼夜节律、影响生产力、塑造社会互动以及增强个人安全感方面也发挥着关键作用（LeGates 等，2014；Blume 等，2019；Dijk 和 Archer，2009）。

光对人类健康具有显著影响，但这些影响高度依赖于情境、具有双向性（既有益也有害），并且受到生物和环境因素的强烈调节（Boyce，2010，2022；Čupková 等，2019；Hatori 等，2017；Tähkämö 等，2019）。在视觉系统内，次优的照明条件可能引起眼疲劳和头痛，并增加跌倒风险，尤其是通过眩光、对比度不足以及包括闪烁和频闪效应在内的暂态光伪影等机制（Knez，1995）。在非视觉系统内，内在光敏性视网膜神经节细胞投射到视交叉上核和其他脑区，从而引导昼夜节律并调节睡眠、激素分泌、情绪、警觉性以及更广泛的疾病过程（Naylor 和 Firth，2008；Zhou 和 Pan，2023）。这些脑通路的紊乱——通过不适当的时间、光谱组成或光照强度——会导致昼夜节律失调和睡眠障碍，并可能加重抑郁症和痴呆症等疾病，而适时的强光照射则可产生治疗效果（Boyce，2010）。此外，我们并非仅通过眼睛和大脑感知光；皮肤也是一个非常重要的光感受器，对健康有显著影响（Kumari 等，2023；Guarnieri，2024）。

光还可以成为情绪和认知的强大调节器。Yan 等（2019）认为，日间光照强度是昼行哺乳动物情绪和认知的关键调节器，其作用通过以食欲素为中心的脑回路而非主要通过昼夜节律紊乱来介导。充足的日间照明通过维持食欲素驱动的唤醒和单胺能信号传导来支持情绪和认知功能，这对照明设计和情绪障碍的治疗具有启示意义。

在本研究中，我通过主动推断（active inference）和自由能原理（FEP）的视角来考察共享室内照明对人类认知和情绪的影响（Parr 等，2022；Namjoshi，2026；Vries de，2026）。所谓共享照明，我指的是在多人使用的环境中（如开放式办公室、教室和图书馆）非个性化的照明条件。更具体地说，我探究不同的共享照明条件如何塑造认知和情绪，以及它们如何调节主动推断文献中所概念化的探索与利用、信息增益与实用价值、以及预期模糊性与风险之间的平衡。

本文的核心主张是，主动推断为理解光的不同成分如何塑造行为提供了一个有用且全面的框架。我试图形式化和检验的假设是，光通过三个可区分的通道影响人类行为：一个认知通道（epistemic channel），由照度介导，影响感知对象的模糊性或可辨别性；一个情感通道（affective channel），由相关色温介导，影响情绪、唤醒或行动中的信心；以及一个规范通道（normative channel），由光谱组成介导，影响在特定情境下更容易维持的行动倾向。我认为现有文献支持这一假设，尽管证据仍然零散且主要是实证性的。

因此，本文开发了一个概念验证型的主动推断模型，旨在确立三通道假设的概念一致性和形式可处理性，而非提供一个校准过的或完全可预测的人类行为解释。该模型在阅读的具体情境中进行检验，使用一个共享的室内环境和一种通用的认知架构，该架构在三种昼夜节律类型——晨型（dark）、中间型（intermediate）和夜型（owl）——中实例化。模拟中采用的参数值是根据定性合理性而非经验拟合选择的，结果应在此意义上进行解释。因此，实证验证仍然是必要的下一步。本文的一个核心目标是通过具体说明应在何种照明条件下、针对哪类受试者群体测量哪些指标，从而使这一步骤变得可行。

2 文献综述

本文献综述¹于2025年11月至2026年2月期间进行。我考察了2000年至2026年1月期间发表的、关于照明在许多不同场景和活动中对认知和情绪功能影响的研究，但特别关注阅读情境。检索使用Google Scholar、PubMed、Scopus和Web of Science进行，采用与照明（如“lighting”、“illumination”、“brightness”、“color temperature”）和认知表现（如“cognitive performance”、“learning”、“memory”、“reading”）相关的关键词组合，并根据各数据库的语法进行调整。

筛选过程分两个阶段进行：（1）评估标题和摘要；（2）对潜在相关文章进行全文阅读。初步检索在四个数据库中获得了约150条记录。我纳入了经过同行评审的实证研究，这些研究调查了照明对人类参与者至少一项认知（记忆、学习或注意力）或情绪（焦虑、舒适度）结果的影响。我排除了综述类文章、非英文出版物以及缺乏明确测量的研究。通过自动比较标题、作者和出版年份来识别并移除重复项，随后进行人工检查以解决任何模糊情况。当发现同一研究的多个版本时（例如会议论文和扩展版期刊文章），保留最完整和最新的版本。我还将这些筛选结果与侧重于更具体方面的现有文献综述进行了比较（[Kiziltunalı，2023]；[Chauca等，2024]）。

在标题和摘要筛选以及潜在相关文章的全文审阅之后，共选出25项研究。对于每项研究，我分析了其实验设计和主要发现，并将结果分为三类：（a）主要与照度水平（勒克斯，即入射到表面上的光通量，等于每平方米一流明）相关的影响，（b）主要与色温（开尔文，即用于数值表示光源色温或CCT的单位）相关的影响，以及（c）照度与色温组合的影响。然而，文献综述也凸显了另一个方面的重要性：光源的光谱组成，即辐射功率在波长上的实际分布；颜色是这种物理分布的感知结果。

未进行正式的荟萃分析；但对于纳入的25项研究中的每一项，我都定性评估了几个方法学质量指标：

基于本综述，识别出文献中的若干空白：

• 首先，大多数研究将光视为空间中某一点的勒克斯+色温，忽略了灯具的位置、数量、光束扩散角、墙面/天花板反射率以及对比度模式。我们几乎从来不知道光是直接照明还是间接照明、均匀还是局部、正面照明还是侧面照明，也不知道日光与电灯如何相互作用——因此研究结果难以转化为实际的建筑照明设计，而仅仅是实验室配方。换句话说，缺乏对照明的建筑学感知，即对光在其中扩散以及光源所在空间的关注。

• 其次，勒克斯、色温和光谱组成很少以因子设计的量化方式一起被操纵和建模。这意味着我们仍然缺乏一个连贯的预测模型，来说明勒克斯+色温+光谱的组合如何塑造注意力、记忆和阅读；我们只有零散的最佳设置。

• 第三，大多数证据来自短期（数分钟/小时）的实验，参与者为年轻、健康的个体，执行简化任务（2-back、Go/No-go、简短阅读测试）。对于长期学习、真实的学业表现，或在真实教室或办公室中持续数周/月的多样化群体（有阅读困难的儿童、老年人、神经发育多样性学习者），我们知之甚少。这意味着我们充其量只是从纯实验室的视角来看待这些现象。

• 第四，情绪通常被简化为单一的自陈量表（舒适度、困倦度）。因此，我们缺乏对不同勒克斯-色温设置对哪种情绪状态（平静专注 vs 高度唤醒）最优的细致理解。

因此，这些研究所呈现的结果是零散的（无论在内容还是方法论上），且纯粹是实证性的（它们识别出模式，而非因果影响的机制）。

我还对光的效应的解释性模型进行了更具体的文献综述。结果是，我们只有两个主要的解释框架（它们在所审查的研究中要么是隐性的，要么被忽略）：（a）通过黑视素敏感的ipRGC（内在光敏性视网膜神经节细胞）实现的非成像（NIF）光感受，它同步昼夜节律、提升警觉性并抑制褪黑素，从而解释生理影响（Vandewalle等，2009；Campbell等，2023，2024；Shi等，2025；Lasauskaite等，2025）；（b）唤醒理论（耶克斯–多德森定律），根据该理论，光调节唤醒水平，从而根据强度、光谱和情境改善或损害表现（Easterbrook，1959）。然而，NIF和唤醒理论并未完全将生物学桥接到体验，在神经信号和行为之间留下了一个鸿沟。从这个意义上说，光暴露了传统解释层级的不稳定性——它同时是一种物理刺激、一种神经化学调节剂和一种现象学条件。仅通过单一框架来处理它就抹杀了其多层次的性质。因此，一个真正整合的模型需要将照明概念化为不是外部变量，而是脑–环境耦合的情境化调节，塑造有机体的行动准备状态、情感基调和认知范围。

现在，基于文献综述的结果，可以提出一个一般性假设：照度主要影响认知过程，而开尔文（色温）与情绪反应更密切相关，尽管其方式对情境背景和所执行的活动类型敏感。光谱组成则似乎扮演着规范性和调节性的角色，塑造照度和开尔文如何相互作用，以在特定情境中将行为导向特定的行动或行动过程。照明的认知、情感和规范维度不仅在分析上可分离，而且在功能上是不同的，每个组成部分都可以被建模为对人类体验和行为施加特定且可识别的影响。

在接下来的章节中，我打算展示这一假设如何得到文献综述的支持，尽管是以纯粹实证性和碎片化的方式。

2.1 照度与认知

照度主要通过其对注意力参与和早期感觉加工的影响来影响认知，而非通过在认知领域产生统一的改善。

在文献中，中等照度水平（约300–600勒克斯）最一贯地与高效的阅读表现、稳定的学习成果、感觉加工和可接受的视觉舒适度相关联（Zhou和Pan，2023；Choi和Suk，2016；Chauca等，2024；Li和Yao，2025），而非常高的照度（约1000–1200勒克斯或更高）通常对持续阅读和记忆任务产生递减甚至负面影响，可能归因于眩光、视觉疲劳或过度的知觉刺激（Naylor和Firth，2008；Castilla等，2023；Huiberts等，2015）。相比之下，照度的适度增加可靠地增强警觉性、积极情绪和处理速度，并且往往有利于依赖警戒、简单反应抑制或低至中等认知负荷的任务（Zhu等，2025；Ru等，2021；Shishegar和Boubekri，2022；Barkmann等，2012）。

然而，这些益处对于工作记忆、执行控制或长期记忆而言并未被稳健地观察到，在这些领域研究发现混杂，有时甚至出现反转（Huiberts等，2015；Ru等，2021；Zhu等，2019）。来自脑电图和心理生理学测量的神经生理学证据表明，较高的照度改变皮层激活模式——例如降低的α功率、额叶θ活动的变化以及早期视觉ERP成分的调节——表明注意力分配和感觉增益的转移，而非明确的认知增强（Park等，2013；Castilla等，2023）。重要的是，几项研究报告了在较低或中等照度下比在更亮条件下的记忆表现更好，这表明降低的感觉强度可能通过限制分心或认知干扰来支持更深的专注。

总体而言，文献表明照度对认知施加非线性且任务依赖的影响：它作为唤醒和知觉精度的调节器，其认知后果关键取决于任务类型、难度、暴露持续时间、人群以及与其他照明参数的交互，而非遵从简单的单调“越亮越好”关系。在阅读的具体情况下，表现通常在中等亮度水平下最优，而非常高的亮度往往不带来额外益处或轻微损害阅读速度或效率。这与耶克斯–多德森曲线是一致的。²

2.2 开尔文（色温）、情绪与决策信心

在所综述的文献中，相关色温（CCT，以开尔文表示）对情感状态——特别是情绪、警觉性、放松和主观幸福感——显示出稳健且可重复的影响，而并未提供关于决策信心作为明确测量结果的任务层面直接证据（Chellappa等，2011；Choi和Suk，2016；Park等，2013；Zhu等，2019）。

当照度得到控制时，较高的CCT或富蓝光（约5000–6500开尔文）一贯地与警觉性提高、困倦感减少以及在某些研究中主观幸福感（如快乐、满足、好奇、愉悦）和视觉舒适度的改善相关联，这些效应通常被归因于非成像光感受通路的短波长敏感性。相比之下，较低的CCT或暖光（约2700–3500开尔文）更可靠地与唤醒降低、放松增加和更高感知舒适度（例如平静、安宁、恬静、宽慰、平和等情绪）相关联。

几项研究表明，色温独立于照度调节唤醒水平，证明即使在光强度恒定时，光的光谱质量也能塑造情绪激活。

关于决策信心，证据仍然是间接的：所综述的研究均未直接测量信心判断或元认知确定性（Shishegar和Boubekri，2022）。然而，由于已知信心与警觉性、感知努力和情绪激活共变，文献中记载的CCT驱动的舒适度变化可能影响主观准备状态或决策保证，但并不保证准确性或执行表现的改善。

总体而言，文献支持以下结论：开尔文可靠地调节情绪激活状态，这些状态可能间接影响决策信心，但尚未证明其对信心本身有直接的因果影响。

2.3 光谱组成与决策情境

根据文献，光谱组成与规范维度更直接相关——也就是说，在特定情境中，它阐明了应采取何种行动（例如，交通信号灯的绿色指示何时通行）。尽管如此，与照度和色温的影响总是可能存在重叠。

与单独的照度或相关色温不同，光谱组成即使在整体亮度保持恒定时也能可靠地调节警觉性、困倦感和唤醒水平，富短波长光谱（蓝-青色范围）在实验室和现场环境中一贯地抑制褪黑素、提高警觉性并减少主观疲劳（Chellappa等，2011；Grant等，2021；Zhu等，2025；Mott等，2012）。这些效应是稳健且可重复的，表明光谱组成捕捉了名义CCT值仅能近似表示的具有生物学意义的变异。

在认知层面，光谱富集选择性地促进持续注意力、反应速度和行动准备状态，而对高阶执行准确性或复杂推理的影响则仍不明确且取决于任务（Chellappa等，2011；Keis等，2014；Grant等，2021）。

通过调节基线唤醒水平、时间对齐和感知努力，光谱组成设定了决策制定的条件，在富短波长光谱下有效地将智能体偏向更快、更以行动为导向或基于警觉性的决策模式。相反，短波长含量减少的光谱与较低的唤醒水平和较高的舒适度相关，可能有利于较慢、更审慎或低压力的决策情境。

尽管所综述的研究并未明确操作化规范性或决策理论，但光谱效应对生理准备状态和认知可用性的一致性可能支持以下结论：光谱组成充当一种情境调节器，塑造在给定时刻哪些类型的决策更可能发生、更流畅或更可持续。

这一结果与Elliot（2015）一致，该研究显示颜色塑造前决策过程——注意力、唤醒、趋近–回避动机、支配感、信任和风险敏感性。红色倾向于增加回避和谨慎，而蓝色促进信任、平静和警觉。这些效应偏向于框架效应和准备状态，而非决策准确性，尽管证据仍然有限。

3 模型 3.1 理论背景：主动推断与自由能原理

本节开发了一个计算模型，旨在检验该假设——即照度、开尔文（色温）和光谱组成在塑造认知、情绪和规范性行为中的作用。该模型以主动推断和自由能原理（FEP）的理论框架为基础。为了使分析易于处理，我们聚焦于一个具体且具有代表性的情境：在人工照明环境中的阅读。在这一情境下，我们使用主动推断来形式化这三种模式，并推导出一组预测——如果这些模式成立，则这些预测应当成立。目标不仅仅是重新描述文献，而是要表明这三种模式可以在一个统一的连贯计算框架内被整合，并明确该框架的预测是什么。

主动推断是一个理论框架，根据该框架，物理随机动力系统（例如，生物体、人工制品、社会系统）通过最小化惊奇来维持其完整性，或者更精确地说，通过最小化惊奇的易处理上界——即变分自由能——来维持其完整性（Friston，2013，2019；Parr等，2022；Namjoshi，2026；Vries de，2026）。该框架尤其已被应用于脑的研究中（Friston，2010）。在自由能原理下，感知、行动和学习不是独立的过程，而是同一律令的相互依赖的方面：通过持续减少关于感觉输入原因的不确定性，使系统保持在预期和可行的状态内。在这种观点下，智能体并非被动地记录世界；它们主动推断其感觉的隐藏原因，并采取行动使其与环境的感官交换更加可预测。

在形式化层面上，在主动推断中，智能体被描述为拥有一个关于世界的生成模型。该模型规定了关于隐藏状态的信念、这些状态预期会产生的观测，以及状态随时间演变的方式。感知对应于更新关于隐藏状态的信念，以更好地解释当前观测。行动对应于选择预期能最小化未来自由能的策略。因此，行为不仅由追求偏好结果所驱动，也由减少不确定性所驱动。这就是为什么主动推断具有两个不可分割的维度：一个实用（pragmatic）维度，面向有价值的或与目标一致的状态；以及一个认知（epistemic）维度，面向信息获取和不确定性减少。

主动推断中的一个核心量是预期自由能（expected free energy），它从预期风险（expected risk）和预期模糊性（expected ambiguity）两个方面来评估候选策略。预期风险衡量某一策略被预测将导致偏离偏好结果的程度，而预期模糊性衡量在该策略下预期将残留的不确定性。因此，当策略既能提高偏好状态的可能性，又能减少关于环境的不确定性时，它们就会受到青睐。这种双重结构对于本研究特别有用，因为在不同照明条件下阅读不仅关乎最大化表现，还关乎调节知觉精度、情感稳定性以及随时间维持有效投入的成本。

3.2 模拟做什么

本文呈现的模型模拟一个人在办公室中阅读五小时。这个人无法直接观察自己的认知状态——他们不能确定自己当前是专注、分心还是疲劳。他们同时从两个来源推断自己的状态：阅读进展如何（即阅读速度、流畅性），以及眼睛如何运动（例如，眼睛是否或多或少疲劳）。基于这种联合推断，他们选择接下来做什么——继续阅读、重读还是休息。

与假设一致，照明以三种不同方式进入模型。它影响人的自我监测的信息量：在眩光或昏暗光下，关于自身表现的观测变得嘈杂且难以解释。它影响人对当前激活水平的舒适程度：一个晨型人在下午处于亮冷光下，相对于其昼夜节律最优值属于过度刺激，这使其对表现不佳更加敏感。它还直接推动行为：暖光产生轻微向休息的拉力，蓝光则向工作方向拉动。

在五小时的会话过程中，有两件事独立于照明而发生变化。人的理想激活水平根据其昼夜节律类型而转移——晨型人的最优值在下午下降，而夜型人的最优值则上升。持续注意力也会退化：45分钟后，无论人做什么，保持专注的概率开始下降。

智能体从不直接优化阅读速度。它最小化其预期体验与偏好体验之间的差距。高阅读速度是专注并选择继续的结果——而不是智能体追求的目标。

模拟将这个叙述形式化。其目的是使用具有两种观测模态（表现——阅读速度，词/分钟；以及眼动追踪——眼动模式）的生成模型，从三通道假设中推导出可检验的量化预测。这两种模态受照明影响不同，并为智能体的信念更新提供互补信息。

用于实现模型并重现模拟、分析和报告图表的完整源代码可在随附的GitHub仓库中获取：https://github.com/DesignAInf/LIGHTING---ACTIVE---INFERENCE---PROJECT。

3.3 空间与变量

表2定义了所有离散空间。

隐藏状态。专注（Focused）：智能体高效处理新材料（260词/分钟）。分心（Distracted）：智能体虽在阅读但频繁丢失思路（150词/分钟）。疲劳（Fatigued）：持续注意力容量耗尽；阅读缓慢且容易出错（50词/分钟）。这些状态是隐藏的——智能体从两个观测流中推断它们。

表现观测。高表现（High_perf）：快速、流畅的阅读。中表现（Mid_perf）：正常但费力的阅读。低表现（Low_perf）：缓慢或以重读为主的阅读。

眼动追踪观测。平滑扫描（Smooth_scan）：短注视、宽而规则的眼跳、无回视——专注状态的眼动特征。费力扫描（Effortful_scan）：较长注视、较窄眼跳、一些回视——与分心状态一致。退化扫描（Degraded_scan）：多次回视、不稳定的注视、追踪错误——认知疲劳的特征。

这些类别对应于标准眼动追踪仪常规测量的指标：注视持续时间、眼跳幅度和回视次数。

3.4 生成模型

生成模型是两个观测流、隐藏状态和策略上的联合分布：

调制。两个矩阵均被构建为平坦（无信息量）和锐利（有辨别力）基矩阵的凸组合：

4 模拟循环

主动推断区分生成过程——人认知状态的真实动态——与生成模型——智能体内部的概率表征。在我们的模型中，在每一步 t t，这两个层面按顺序展开，如算法1的结构所示。

5 结果 5.1 可证伪的预测

这六个预测来源于模型的结构。每个预测都指明了被检验的组成部分、预期方向以及会使其证伪的结果。预测P1和P2单独检验各通道。P3和P4通过空间结构检验它们的交互。P5和P6检验需要完整会话才能显现的预测。

P1 — 跨昼夜节律类型的认知不变性
该预测表明，如果桌面位置和照明场景固定，仅昼夜节律类型不应改变两个观测通道的信息量。在模型中，自我监测的质量取决于局部照度，而非读者是晨型、中间型还是夜型。因此，在同一照明下的同一桌面，所有三种昼夜节律类型对其自身状态应具有基本相同的不确定性水平。如果某一种昼夜节律类型系统性地比其他类型具有更清晰或更嘈杂的自我监测，模型将不再保持认知通道与情感通道之间预期的分离。

P3 — S2下的空间排序遵循清晰度梯度
该预测涉及中等场景（S2）。在该条件下，模型将与唤醒相关的漂移项设为零，因此桌面位置不改变底层的状态动态。在各桌面之间仍然变化的是智能体可获得的视觉信息的质量。因此，会话表现应遵循简单的空间排序：中心桌面应表现最佳，近光源桌面次之，远角桌面最差。在S2下，更好的清晰度应直接转化为更好的自我监测和更好的阅读产出。

P4 — 空间反转

在强烈冷光（S3）下，S2中发现的同一空间排序应发生翻转。远角桌面的表现应优于中心桌面，尽管其光照强度较低。其原因是，在远角，智能体仍能合理地监测其状态，并在恶化变得明显时策略性休息，同时阅读本身几乎不承受直接的眩光代价。相比之下，在中心桌面，眩光抑制了两个观测通道，因此智能体对其自身恶化状态的访问能力很差，并在对问题几乎无意识的情况下继续工作。同时，每一步工作都受到眩光的机械惩罚。因此预测不仅是桌面之间存在差异，而且是完整排序反转：在S3下，远角应优于近光源，近光源应优于中心。

这必须对所有三种昼夜节律类型成立。EFE分解还必须额外确认，远角/S3的总模糊性低于中心/S3，而风险高于中心/S3——从而确立远角更好的产出发生在智能体决策要求更高的情况下，而非因为如此。

如果S3下的空间排序复制了S2下的排序（中心最佳，远角最差），则认知通道与情感通道之间通过机械清晰度因子介导的交互并未产生预期的反转。这将表明两个通道在行为产出层面上独立运作，这将需要修订架构。

该预测无法从单通道模型推导出来。一个照明仅影响唤醒的模型预测位置无关性，因为唤醒由场景决定，而非桌面位置。一个照明仅影响清晰度的模型预测在S2和S3下排序相同——更好的清晰度总是产生更好的表现。只有多通道架构——其中认知通道决定智能体如何准确地感知情感通道已使其主要为糟糕的状态——才预测这种反转。因此，P3和P4是三通道假设的共同关键实验：预测S2下单调梯度的同一模型必须预测其在S3下的反转。

P5 — S3下位置与昼夜节律类型的交互不对称性
该预测增加了一个昼夜节律类型与位置的交互。在S3下，远角桌面为智能体提供了足够好的信息来检测恶化。这应对夜型人的帮助大于晨型人。原因并非夜型人看得更清楚，而是它们一旦检测到过度唤醒状态，对其耐受性更好。因此，它们可以利用远角桌面的良好认知条件而不过度防御性反应。相比之下，晨型人对相同的恶化证据应反应更强烈，并更激进地暂停。因此，从中心移到远角的收益对夜型人应远大于晨型人。

5.2 分析结果

这种反转源于在远角处以相同方向起作用的两种力量：策略性休息（避免在糟糕状态下浪费努力）与机械效率（每一步工作几乎无惩罚）相结合。在中心处，相反的力量相结合：盲目坚持（忽略糟糕状态）与机械惩罚（课税每一步工作）相结合。支持策略性休息而不施加严重机械眩光代价的位置产生更多产出。

该结果要求多通道架构，原因有二。首先，跨位置的模糊性-风险解离——远角处低模糊性高风险，中心处高模糊性中风险——需要认知通道按位置调节自我监测质量。其次，机械清晰度惩罚需要认知通道直接作用于每一步工作的产出速度。这两种效应在纯唤醒模型中都不存在，因为桌面位置无关紧要。P3和P4共同构成了关键实验：在S2下（情感通道中立）产生单调梯度的同一认知通道，在S3下（情感通道激活）产生完全反转。

5.2.5 P5 — S3下位置与昼夜节律类型的交互不对称性

6 结果总结

模拟支持三通道假设，并产生了一组连贯的结果。认知通道在各昼夜节律类型之间具有不变性：在任何固定的桌面位置和照明场景下，晨型、中间型和夜型获得关于其自身状态的相同质量的信息。相比之下，情感通道在晨型和夜型之间产生符号反转：亮冷光增加晨型人的风险并降低夜型人的风险，而暖暗光产生相反的模式。在中等光照（S2）下，表现遵循预期的清晰度梯度，中心优于近光源和远角。然而，在强烈冷光（S3）下，这种排序发生反转：远角优于中心，因为它保留了有信息的观测信号并且几乎不施加眩光惩罚，而中心则抑制两个通道并机械地减慢阅读速度。这一优势对夜型人大于对晨型人，而中间型昼夜节律在所有场景下保持最稳定，因为其偏好结构对唤醒失配较不敏感。另一个意料之外的结果涉及随时间推移的疲劳：阅读速度的下降在S2下最大，在S3下最小。其原因是，在S2下，智能体能准确检测疲劳并通过更多休息来响应，而在S3下，眩光抑制了两个观测通道，因此智能体尽管表现恶化仍继续工作。从这个意义上说，眩光充当了一种非自愿的疲劳缓冲器：不是通过改善功能，而是通过减少对衰退证据的访问。

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原文链接：https://arxiv.org/pdf/2605.01290v1