導(dǎo)語(yǔ)

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(lè)部創(chuàng)始人張江老師領(lǐng)銜發(fā)起，組織對(duì)本話(huà)題感興趣的朋友，深入研讀相關(guān)文獻(xiàn)，激發(fā)科研靈感。

本周將進(jìn)行這一系列讀書(shū)會(huì)的第七期分享，由楊明哲介紹如何結(jié)合有效信息（EI）與部分信息分解（PID）理論來(lái)研究關(guān)于生命系統(tǒng)的定量刻畫(huà)。歡迎感興趣的朋友加入讀書(shū)會(huì)，期待更多感興趣的研究者能夠在這片方興未艾的研究領(lǐng)域找到未來(lái)的科研方向。

本次分享將于5月18日（本周日）9:00-11:00進(jìn)行，歡迎感興趣的朋友參與討論交流！

當(dāng)期內(nèi)容簡(jiǎn)介

什么讓一個(gè)系統(tǒng)看起來(lái)是有生命的？這一跨學(xué)科的核心問(wèn)題，早在薛定諤《生命是什么？》中便被提出，啟發(fā)人們從能量與信息的角度重新審視生命本質(zhì)。近年來(lái)，自組織理論、自由能原理、計(jì)算力學(xué)等理論不斷發(fā)展，生命的研究對(duì)象也擴(kuò)展至人工系統(tǒng)，如元胞自動(dòng)機(jī)等“人工生命”，為探索生命奧秘提供了理想模型。信息論作為跨系統(tǒng)分析的重要工具，也在不斷演進(jìn)。2020年，Krakauer提出“個(gè)體信息論”，嘗試用信息度量生命的個(gè)體性，推動(dòng)學(xué)者從信息視角研究生命系統(tǒng)。本次讀書(shū)會(huì)聚焦生命系統(tǒng)與環(huán)境的交互，提出基于因果機(jī)制的新度量指標(biāo)flexibility，衡量個(gè)體與環(huán)境間的高階協(xié)同作用。該方法不僅在人工生命模擬中驗(yàn)證，也已應(yīng)用于真實(shí)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，取得了有趣發(fā)現(xiàn)。

內(nèi)容大綱

1.背景介紹

• 自組織理論與自由能原理

• 個(gè)體信息論

• 部分信息分解

• 有效信息

• 人工生命

2.理論框架

• flexibility的定義

• 理論推導(dǎo)

• Toy example

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

• 元胞自動(dòng)機(jī)

• 基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

• 隨機(jī)布爾網(wǎng)絡(luò)與機(jī)器學(xué)習(xí)

4.展望

核心概念

有效信息 Effective Information，EI

部分信息分解 Partial Information Decomposition，PID

個(gè)體性 individuality

靈活性 flexibility

協(xié)同信息 synergistic information

主講人簡(jiǎn)介

楊明哲，北京師范大學(xué)系統(tǒng)科學(xué)學(xué)院碩士生，在張江老師因果涌現(xiàn)研究小組。研究領(lǐng)域是因果涌現(xiàn)、復(fù)雜系統(tǒng)自動(dòng)建模。

直播信息：

時(shí)間：2025年5月18日（周日）上午9:00-11:00

報(bào)名參與讀書(shū)會(huì)：

斑圖鏈接：https://pattern.swarma.org/study_group_issue/904?from=wechat

掃碼參與，加入群聊，獲取系列讀書(shū)會(huì)回看權(quán)限，加入「因果涌現(xiàn)」社區(qū)，與社區(qū)的一線(xiàn)科研工作者溝通交流，共同推動(dòng)這一前沿領(lǐng)域的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

• Yang, M., Pan, L., & Zhang, J. (2025). Quantifying system-environment synergistic information by effective information decomposition (arXiv:2501.16676).

• Friston, K. J., & Stephan, K. E. (2007). Free-energy and the brain. Synthese, 159(3), 417–458. https://doi.org/10.1007/s11229-007-9237-y

• D. Krakauer, N. Bertschinger, E. Olbrich, J. C. Flack, and N. Ay, The information theory of individuality, Theory in Biosciences 139, 209 (2020).

• Bartlett, S., Eckford, A. W., Egbert, M., Lingam, M., Kolchinsky, A., Frank, A., & Ghoshal, G. (2025). The Physics of Life: Exploring Information as a Distinctive Feature of Living Systems (arXiv:2501.08683). arXiv.

• Tkacˇik, G., & Bialek, W. (2016). Information Processing in Living Systems.

• Bertschinger, N., Rauh, J., Olbrich, E., & Jost, J. (2013). Shared Information—New Insights and Problems in Decomposing Information in Complex Systems (pp. 251–269). https://doi.org/10.1007/978-3-319-00395-5_35

• Barandiaran, X. E., Di Paolo, E., & Rohde, M. (2009). Defining Agency: Individuality, Normativity, Asymmetry, and Spatio-temporality in Action. Adaptive Behavior, 17(5), 367–386. https://doi.org/10.1177/1059712309343819

• Heylighen, F. (2023). The meaning and origin of goal-directedness: A dynamical systems perspective. Biological Journal of the Linnean Society, 139(4), 370–387. https://doi.org/10.1093/biolinnean/blac060

• Crutchfield, J. P. (1994). The calculi of emergence: Computation, dynamics and induction. Physica D: Nonlinear Phenomena, 75(1–3), 11–54. https://doi.org/10.1016/0167-2789(94)90273-9

• 林國(guó)政 (2024). 生物集群系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)與模型研究

• Mart?nez, G. J. (n.d.). A Note on Elementary Cellular Automata Classi?cation.

• Kadelka, C., Butrie, T.-M., Hilton, E., Kinseth, J., Schmidt, A., & Serdarevic, H. (2024). A meta-analysis of Boolean network models reveals design principles of gene regulatory networks. Science Advances, 10(2), eadj0822. https://doi.org/10.1126/sciadv.adj0822

因果涌現(xiàn)讀書(shū)會(huì)第六季

在霓虹燈的閃爍、蟻群的精密協(xié)作、人類(lèi)意識(shí)的誕生中，隱藏著微觀(guān)與宏觀(guān)之間深刻的因果關(guān)聯(lián)——這些看似簡(jiǎn)單的個(gè)體行為，如何跨越尺度，涌現(xiàn)出令人驚嘆的復(fù)雜現(xiàn)象？因果涌現(xiàn)理論為我們揭示了答案：復(fù)雜系統(tǒng)的宏觀(guān)特征無(wú)法通過(guò)微觀(guān)元素的簡(jiǎn)單疊加解釋?zhuān)窃从诙喑叨葎?dòng)態(tài)交互中涌現(xiàn)的因果結(jié)構(gòu)。從奇異值分解（SVD）驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)可逆性分析，到因果抽象與信息分解的量化工具，研究者們正逐步構(gòu)建起一套跨越數(shù)學(xué)、物理與信息科學(xué)的理論框架，試圖解碼復(fù)雜系統(tǒng)的“涌現(xiàn)密碼”。

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(lè)部創(chuàng)始人張江老師領(lǐng)銜發(fā)起，組織對(duì)本話(huà)題感興趣的朋友，深入研讀相關(guān)文獻(xiàn)，激發(fā)科研靈感。

讀書(shū)會(huì)將從2025年3月16日開(kāi)始，每周日早9:00-11:00，持續(xù)時(shí)間預(yù)計(jì)10周左右。每周進(jìn)行線(xiàn)上會(huì)議，與主講人等社區(qū)成員當(dāng)面交流，之后可以獲得視頻回放持續(xù)學(xué)習(xí)。誠(chéng)摯邀請(qǐng)領(lǐng)域內(nèi)研究者、尋求跨領(lǐng)域融合的研究者加入，共同探討。

詳情請(qǐng)見(jiàn)：