信息、学习与意识的涌现：从内在秩序到自我指涉
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核心观点
- 信息与意识是现代科学的两大谜题，但二者存在深刻的内在联系。
- 信息可分为两种本质不同但相互关联的类型：系统内部的秩序（整合信息 Φ），以及系统关于外部世界的知识（语义信息）。
- 生命通过将内部秩序与外部知识相耦合而持续存在，这个过程就是学习。
- 当学习过程变得递归自指，系统开始将自身纳入其内部模型时，意识便随之涌现。
信息的两种类型
信息“在其中”：秩序（整合信息 Φ）
- 定义：信息作为系统内部的秩序，衡量系统状态偏离热力学平衡（即最大熵或“分子混沌”）的程度。
- 核心：指系统内部组件之间的统计相关性。组件相互关联而非独立，形成结构，使得整体状态比随机组合更不可能。
度量：整合信息 Φ，由神经科学家朱利奥·托诺尼等人提出。
- Φ 量化系统“整体大于部分之和”的程度。
- 高 Φ 意味着系统高度整合，了解其一部分能推知其他部分。
- 本质：衡量的是系统内在的、非功能性的秩序。
信息“关于”：知识（语义信息）
- 定义：信息作为预测性数据或知识，具有维持系统远离平衡态的功能。
核心：指系统内部状态与外部环境结构之间的统计相关性。系统内部配置以某种方式同构于环境的相关结构，形成一个模型。
- 例如：海豚的体型与流体动力学相关，鹰的翅膀与空气动力学相关。
度量：语义信息，由大卫·沃尔珀特、阿尔乔姆·科尔钦斯基及卡洛·罗韦利等人发展。
- 指系统与环境之间对系统持续存在因果必要的互信息。
- 若移除代表知识的基因，生物体将无法维持其远离平衡的状态。
- 本质：衡量的是系统对外部世界的功能性表征（知识）。
两种信息的耦合：学习与持久性
两种信息在概念上可分离：
- 可能存在高 Φ（高度整合）但与环境无关的系统（任意内部依赖模式）。
- 可能存在与环境相关但低整合的系统（各部分独立追踪环境）。
关键洞见：任何能在时间中持久存在的稳定系统，这两种信息必定因果耦合。
- 维持内部秩序（高 Φ）需要预测和抵消环境扰动。
- 要维持“在其中”的信息，你需要“关于”的信息。
高 Φ 但无语义信息的系统可能但不稳定。能在嘈杂环境中长期维持高 Φ 的系统，其内部整合恰恰服务于预测目的。
- 内部相关性编码了外部规律性。
- 可持续的 Φ 需要语义信息。在适应性（生命）系统中，二者共同演化，这个过程被称为学习。
从学习到意识
学习的本质
- 学习（无论通过进化、发育或经验）不仅是内部组织性增强，更是系统与其所处世界更好地对齐。
- 内部秩序的增长源于系统发现、压缩并利用环境中的模式。系统内部的结构映照外部结构。
- 这符合卡尔·弗里斯顿的自由能原理：任何持久系统必须通过构建预测未来的内部模型来减少“意外”。
模型的向内转向：自我指涉
- 每个适应性系统都对其环境建模。但在更复杂的系统中，模型开始将系统自身纳入被建模的对象。地图开始包含绘图者。
当系统能够将自己表征为在世界中行动的主体——不仅能预测会发生什么，还能预测自己会做什么以及后果如何——一个全新的视角就出现了。
- 存在了一个主体，模型是为它而存在的模型。
- 这即道格拉斯·霍夫施塔特所称的“怪圈”：一个表征着自身正在表征的系统。许多研究者认为，这个循环是意识体验的结构性核心。
- 意识，从这个观点看，并非信息处理之上额外添加的东西。它是当学习者成为学习内容一部分时，学习过程的感觉。
意识体验的四个要素
- 模拟：一个随时间展开的内部模型。
- 视角：该模型内部的一个此时此地的有利位置。
- 连贯性：体验作为一个统一场景结合在一起的感受。
- 自我指涉：系统认识到自身是被建模对象的一部分。
- 前三点构建了“笛卡尔剧场”（显现的世界），第四点则将观察者置于座位之上。
意识的功能与意义
意识与生存紧密相连。一个能对自身建模的系统可以：
- 注意到自己处于危险中。
- 预见自身行动的后果。
- 从自身错误中学习。
- 有意识地改变路线。
- 自我建模并非形而上的点缀，而是一种极其强大的生物创新。
- 意识，在此视角下，是为持久性服务的学习——包含了纠错者自身的错误纠正。
完整的桥梁：从信息到意识的层级
连接信息与意识的桥梁通过一系列阈值展开，每一层都保留前者并增添全新特质：
- 物理系统：以秩序模式存储瞬态信息。
- 生命系统：在记忆中存储知识，让学习得以积累。
- 意识系统：将知识向内转向，将自身建模为主体。
- 反思性心智：更进一步，思考自身的思考。
在每一步，信息都变得更强大——不仅是数量更多，而且是因果上更有效力。
这种观点消解了长期围绕意识的许多神秘性。体验（意识）是当信息变得足够有组织、适应性和自我指涉时所涌现的现象。通过像我们这样好奇的生物——提出问题、构建模型、并对自身的意识感到惊奇——宇宙得以窥见它自身是什么，以及它可能成为什么。