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这个形式……这个结构……

他感觉有什么东西在脑海深处闪动,像是一个模糊的影子,明明就在那里,却怎么也看不清楚。

霍德华放下手中的报告,闭上眼睛,深呼吸。

然后他重新睁开眼,再次看向那一组公式。

神经元的激活函数,突触权重的衰减项,中间的交叉项……

等等。

霍德华猛地坐直身体。

如果把这个它看作是一个状态空间的映射,那么它实际上在描述什么?

描述的是系统从一个状态演化到另一个状态的过程。

而这个演化的驱动力是什么?

是污染度,也就是能量态的干扰。

但系统为什么会对这个干扰做出反应?

因为大脑在试图理解这个干扰,试图将它纳入自己的认知框架中。

霍德华的心跳开始加速。

他迅速用深渊搭载的跨世界通信连接上主世界网络,找出一篇曾经读过的论文。

自由能原理。

当代神经科学中最具野心的理论框架之一。

这个理论认为:所有生物系统,从最简单的细菌到最复杂的人类大脑,本质上都在做同一件事,最小化自由能。

而这里的“自由能”,可以理解为系统对外界的预测与实际感知之间的差异。

换句话说,大脑是一台不断进行预测的机器。

它预测下一秒会看到什么、听到什么、感受到什么。

当预测与实际不符时,就产生了“预测误差”。

而大脑的任务,就是通过两种方式来减少这个误差。

一是更新内部模型,让预测更准确;

二是主动行动,改变外部环境,让实际感知符合预测。

这就是自由能原理的核心思想。

霍德华快速翻阅着论文,手指在那些熟悉的公式上滑动。

自由能的数学表达……变分推断……贝叶斯大脑假说……

然后,他的手指停在了一组公式上。

霍德华盯着这个公式,然后猛地转头看向电脑屏幕上颖儿整理的那个矩阵。

从手边拿过来一张纸,写字一向工整的他此刻写的字却飘逸了起来,除了他没人看得懂。

他写的字很大,很快就占满了一张纸,他像是害怕思路断了一样,又赶忙拽过来一张纸。

就这样子推导了十几张纸之后,他的呼吸停止了。

结构几乎相同的。

不,不只是相同。

颖儿整理出的那一组公式,在数学形式上,几乎就是自由能的一个特殊展开形式!

霍德华的手开始颤抖。

他抓起笔,又在草稿纸上疯狂地书写。

如果……如果把能量态看作是对大脑预测系统的一种特殊干扰……

那么会发生什么?

霍德华的笔尖在纸上飞速移动,他的思维也在飞速运转。

正常情况下,大脑接收到的感觉输入,虽然复杂,但都是可以被建模的。

一个苹果之所以看起来是红色的圆形的,是因为它反射特定波长的光,这些光信号经过视网膜、视神经,最终在大脑皮层形成苹果的表征。

整个过程,虽然复杂,但是有规律的。

大脑可以建立一个苹果的预测模型,当下次再看到类似的输入时,就能快速识别。

哦,这是个苹果。

预测成功,预测误差很小,自由能被最小化。

系统稳定。

但是……如果输入的信号是无法被建模的呢?

假设:能量态和物质态不是相对独立,它们二者中间有信息交流。这种信息交流可以被视为系统的输入信号。

大脑接收到这些信号,试图建立预测模型。

失败。

更新模型,再次尝试。

再次失败。

继续更新,继续尝试。

持续失败。

霍德华写下一行字:

当输入信号无法被建模时,系统无法最小化自由能。

他停顿了一下,然后在下面补充:

系统会进入一个强制优化的死循环。

这就像是一个学生遇到了一道完全超出他认知范围的题目。

正常情况下,学生会意识到这道题我不会,然后跳过它,或者寻求帮助。

但如果这个学生被强制要求必须解出这道题,不解出来就不能停下,那会发生什么?

他会不断尝试,消耗大量的精力,思维变得混乱,最终崩溃。

这就是污染度导致理智丧失的机制!

霍德华猛地站起来,椅子发出刺耳的声音,他的心跳如擂鼓,额头上渗出细密的汗珠。

他转身,开始在身后的白板上书写。

首先,他写下了自由能原理的基本框架 。

大脑的目标:最小化自由能。

其中F代表自由能。

然后,他写下自由能的展开形式。

自由能与模型的复杂度和准确度相关。

大脑在这两者之间寻找平衡,这就是自由能最小化的本质。

霍德华在白板画了一个U形曲线,横轴是模型复杂度,纵轴是自由能。

曲线的最低点,就是最优状态。

“在正常情况下……”霍德华自言自语道:“大脑能够找到这个最优点,系统稳定。”

他在曲线的最低点画了个圈。

\"但是,当自身被污染时……\"

霍德华的笔尖移动到曲线的右侧,那里自由能急剧上升。

“污染带来的信号是无法被正确建模的。这意味着,无论大脑如何调整模型复杂度,准确度都无法提高。”

“自由能存在一个无法降低的下限。”

他在曲线下方画了一条水平虚线。

“而大脑并不知道这一点。它的本能就是最小化自由能,所以它会持续尝试,不断增加模型的复杂度,试图捕捉那些根本不存在的规律。”

霍德华的笔尖沿着曲线疯狂地上升。

“结果就是,系统进入了一个高能态,消耗大量的神经资源,正常的认知功能开始崩溃。”

“当能耗超过某个临界值……”

他用力在白板上画了一个大叉。

“系统崩溃。理智丧失。”

霍德华放下笔,退后两步,看着满白板的推导。

他的脑海中,以自由能原理为基础的理论框架正在迅速成形。

能量态和物质态的交流产生了无法被认知系统建模的信息 。

而理智丧失,不是一种随机的崩溃,而是大脑的自组织预测系统在面对自身内部的不可建模信息时 ,陷入强制优化死循环的必然结果。

从自由能原理的角度,一切都说得通了。

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