思维的特立独行者

他发明了现代脑成像技术，如今卡尔·弗里斯顿认为，他找到了所有生命和智能的驱动原理。

作者：Jonah Lehrer | 2014年2月15日 | 杂志第2956期

    "请进，"卡尔·弗里斯顿说道，"我正忙着自我毁灭呢。"

    这位英国最著名神经科学家之一的开场白令人意外。但当你走进他在伦敦大学学院（UCL）的办公室，看到他的电脑屏幕上显示着一行行微分方程时，这种担忧就会消散。这些方程式描述的是大脑如何自我毁灭——或者说，如何不自我毁灭。

    屏幕上显示的是自由能原理（free energy principle），这是弗里斯顿十年来致力于发展的理论。他认为，这一原理不仅是所有生命的驱动机制，也是所有智能的基础。这是一个宏大的主张，但弗里斯顿有理由如此自信。毕竟，他已经彻底改变了我们研究大脑的方式。

    在1990年代，弗里斯顿发明了统计参数映射（SPM），这是一种分析脑成像数据的软件技术。如今，全球脑成像研究者都在使用这一工具。随后，他又发明了体素基形态学（VBM），用于测量大脑结构变化，以及动态因果建模（DCM），用于推断神经回路中的因果关系。这些贡献使他成为世界上被引用次数最多的神经科学家之一，其H指数（衡量研究者影响力的指标）几乎是爱因斯坦的两倍。

    但近年来，拜访弗里斯顿的人很少是来讨论脑成像的。在过去的十年里，他将大部分时间和精力投入到自由能原理的发展中。他将神经影像研究称为"日常工作"，就像爵士音乐家可能会把他在当地公共图书馆的轮班称为"日常工作"一样。

    终极统一理论？

    自由能原理试图回答一个看似简单的问题：如果你活着，你必须表现出什么样的行为？

    弗里斯顿的答案是：所有生命，从单细胞生物到拥有数十亿神经元的人脑，都受到同一普遍法则的驱动——可以归结为一个数学函数：最小化自由能。

    "活着，就是以减少你预期状态与感官输入之间差距的方式行动，"弗里斯顿解释道。换句话说，就是最小化惊异（surprise）。

    这一概念源自物理学中的自由能概念，但弗里斯顿将其转化为信息论的度量。当系统最小化自由能时，它实际上是在最小化预测误差——即其预测与感官输入之间的差异。这听起来类似于贝叶斯大脑假说，即大脑是"推理引擎"。但弗里斯顿认为这还不够。

    他将行动纳入方程，创造了主动推断（active inference）的概念。当大脑的预测未被感官证实时，它可以通过两种方式最小化自由能：

1. 感知推断：修正预测，更新世界模型

2. 主动推断：采取行动，使预测成真

    "我们采样世界，以确保我们的预测成为自我实现的预言，"弗里斯顿写道。

    从精神病人到万物理论

    弗里斯顿对大脑的兴趣始于精神分裂症研究。他的失连接假说（dysconnection hypothesis）认为，精神疾病源于大脑"线路"连接不当——当大脑对感官证据赋予的权重过少或过多时，就会出现幻觉和妄想。

    但自由能原理的范围远不止精神病学。弗里斯顿认为，它可以统一神经科学中的多种理论：

• 神经达尔文主义（Neural Darwinism）

• 信息论

• 最优控制理论

• 贝叶斯大脑假说

    "关键在于优化，"弗里斯顿指出，"而且如果我们仔细观察被优化的量，同一个量不断出现：价值（预期奖励、预期效用）或其补数惊异（预测误差、预期成本）。"

    批评与争议

    尽管弗里斯顿的理论极具吸引力，但它也面临激烈的批评：

    1. 数学复杂性自由能原理"令人发狂地难以理解"。一个拥有3000名粉丝的Twitter账户专门嘲笑其晦涩难懂。几乎每位接受采访的研究者——包括那些工作依赖于它的人——都承认他们并未完全理解。

    2. 循环论证的风险批评者指出，自由能最小化适用于任何稳定系统，包括恒温器、电网甚至晶体。这导致平凡性问题：如果理论适用于一切，它是否解释了任何东西？

    3. 经验证据薄弱弗里斯顿承认，自由能原理的直接证据主要是间接的。它更多是理论推导的结果，而非实验发现。

    4. 目的论陷阱将"目标"和"偏好"引入机械过程，可能犯了隐藏的目的论错误——系统被描述为"仿佛"具有目标，但这可能只是拟人化描述。

    为什么重要？

    尽管存在这些批评，自由能原理仍吸引了跨学科的关注：

• 精神病学：为理解精神疾病提供功能性基础

• 人工智能：为突破深度学习瓶颈提供新路径

• 生物学：试图成为"生物学的进化论"

• 哲学：与黑格尔辩证法、精神分析产生共鸣

    弗里斯顿的办公室门庭若市：天体物理学家、哲学家、计算机工程师、保险公司AI负责人、神经科学家、精神病学家——他们都渴望理解这一理论。

    "唯一真正理解卡尔·弗里斯顿自由能原理的人可能是卡尔·弗里斯顿本人，"一位来访者如此评论。

    弗里斯顿其人

    朋友将他描述为"维多利亚时代的绅士，有着维多利亚时代的礼仪和品味"。他的办公室堆满了书籍、论文和未回复的邮件。他穿着随意，说话温和，但思维极其敏捷。

    当被问及为何追求如此宏大的理论时，弗里斯顿回答："如果我们能找到一个简单的原理，解释大脑如何以及为何以这种方式组织，那将是一件美妙的事情。"

    无论自由能原理最终是否被证明是正确的，弗里斯顿已经改变了神经科学的轨迹。他的脑成像工具使现代认知神经科学成为可能，而他的理论冒险——无论成败——都迫使科学界重新思考生命、心智和智能的本质。

    正如一位同事所说："即使他错了，他也是以最有启发性的方式犯错。"