張江集智谷線下主講：因果涌現與多尺度研究

導語

為了系統梳理因果涌現最新進展，北京師范大學系統科學學院教授、集智俱樂部創始人張江老師領銜發起，邀請對復雜系統與涌現問題感興趣的研究者與同好共同研讀前沿文獻、碰撞科研靈感。

本周開啟第七季第一期，主題“因果涌現與多尺度研究”。張江老師梳理因果涌現多條路徑（因果度量、信息分解、可逆性與SVD），展望因果涌現2.0與層論方向；王志鵬學者以腦神經數據為例，介紹以機器學習驅動的最優粗粒化框架，揭示清醒狀態下的跨尺度因果整合與涌現峰值。歡迎感興趣的朋友加入讀書會，一起在這片快速生長、思想頻出的研究領域中把握脈絡、發現問題、尋找未來的科研方向。

本期活動為線上線下同步，線下為北京門頭溝區集智谷，歡迎報名線下，來集智谷打卡。

報告簡介

張江：因果涌現的多條路徑：因果度量、信息分解與SVD

因果涌現理論試圖利用動力學的因果效應和粗粒化來量化復雜動力系統中的涌現現象。自從2013年該理論的提出以來，因果涌現已經生長出多條不同的發展路徑，包括Erik Hoel的最大化有效信息的經典路徑、Rosas等人基于整合信息分解的路徑，以及我們團隊發展起來的基于動力學可逆性和SVD的因果涌現理論路徑等。近期，因果涌現的文獻又呈現出小爆發的態勢，新的思想不斷涌出，例如Erik Hoel的因果涌現2.0將理論引向了復雜系統的多尺度分析框架之下；基于層論的因果涌現則可能為大模型的可解釋性提供新的理論框架等。本講座將回顧因果涌現的發展歷史，并對若干未來的理論和應用的前沿發展方向進行展望，同時也對整個本季讀書會的內容進行鳥瞰式概覽。

王志鵬：基于多尺度因果力視角下的腦神經系統中的因果涌現

因果涌現理論發展迅速，但目前主要應用于簡單系統，在解決真實腦神經等復雜系統問題時仍面臨挑戰。意識作為神經科學與機器學習的交叉領域，其如何從集體神經活動中產生尚待闡明——盡管意識將宏觀體驗與微觀神經活動相聯系，但跨尺度的因果整合機制仍不清晰。整合信息理論與因果涌現理論分別從內在因果結構和跨尺度因果力角度解釋意識，卻因缺乏跨尺度數據和計算限制而難以驗證。本次讀書會將介紹一項研究：通過機器學習框架分析小鼠背側皮層在不同意識狀態下的近單細胞鈣成像數據，學習最優粗粒化策略以最大化預測精度和宏觀因果力。研究發現清醒狀態下存在低層級輸入驅動的整合機制與高層級亞穩態動力學特征；所有狀態中一維宏觀變量均可集中系統因果力，但僅在清醒時因果涌現達到峰值（伴隨跨尺度因果力分布更均勻），標志著涌現復雜性最大化。該研究為揭示復雜生物系統的涌現動力學提供了可擴展的數據驅動范式。

分享大綱

• 量化涌現研究的歷史

• • 統計物理與序參量

  • 基于狀態的涌現量化

  • 計算力學理論

  • 格蘭杰涌現

• 因果涌現理論及應用

• • Erik Hoel的因果涌現框架

  • 有效信息

  • 粗粒化

  • 復雜網絡上的因果涌現

  • 機器學習與因果涌現

  • 應用研究案例

• 基于信息分解的因果涌現理論

• • 部分信息分解

  • 整合信息分解

  • 因果解耦與向下因果

  • 近似計算

  • 問題與挑戰

• 基于動力學可逆性和SVD的因果涌現理論

• • 馬爾可夫鏈的可逆性

  • 精確與近似的動力學可逆性

  • 基于SVD的因果涌現理論

  • 基于轉移算子的因果涌現理論

  • 機遇與挑戰

• 因果涌現理論的最新發展

• • 閉圈理論

  • 對稱性與涌現

  • 基于一般因果效應度量的因果涌現理論

  • 基于層的因果涌現理論與應用

  • 因果涌現2.0與涌現工程

• 腦神經系統中的因果涌現

• • 因果涌現識別框架（NIS+）

  • 多尺度因果力分布

  • 涌現動力學分析

  • 跨尺度的信息聚合

  • 腦區歸因

核心概念

因果涌現2.0，最大化有效信息，整合信息分解，動力學可逆性，SVD，復雜系統多尺度分析，層論，大模型可解釋性，因果涌現工程化，意識與涌現，整合信息論，因果涌現識別框架（NIS+），腦區歸因，跨尺度信息聚合

主講人介紹

張江，北京師范大學系統科學學院教授，集智俱樂部、集智學園創始人，集智科學研究中心理事長，曾任騰訊研究院、華為戰略研究院等特聘顧問。主要研究領域包括因果涌現、復雜系統分析與建模、規模理論等。

個人主頁：https://jake.swarma.org/

王志鵬，北京師范大學在讀博士。研究興趣包括復雜網絡與機器學習、因果涌現。

參考文獻

• Hoel, Erik A., et al.“Causal Emergence 2.0.”Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2218292120

• Hoel, Erik A.“Engineering Emergence.”Entropy 26.1 (2024): 62.https://www.mdpi.com/1099-4300/26/1/62

• Wang, Zhipeng, et al. "Causal emergence of consciousness through learned multiscale neural dynamics in mice." arXiv preprint arXiv:2509.10891 (2025).

時間信息

2026年2月22日下午2:00-5:00，集智谷線下+騰訊會議線上進行，微信視頻號+集智俱樂部B站號同步直播，感興趣的朋友掃碼報名加入因果涌讀書會后，可進入學員群進行交流。

直播信息地址信息

北京門頭溝區集智谷（FIRST青年電影中心）

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報名讀書會：「因果涌現第七季」

為系統梳理因果涌現領域的最新進展，北京師范大學系統科學學院教授、集智俱樂部創始人張江老師領銜發起，組織對該主題感興趣的研究者與探索者共同研讀前沿文獻、交流研究思路。讀書會將于2026年2月22日起每周日上午（創建讀書會暫定時間為10:00-22:00）線上開展，持續約10周，包含主講分享與討論交流，并提供會后視頻回放，誠邀相關領域研究者及跨學科興趣者參與。

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PS： 我們鼓勵圍繞因果涌現、復雜系統與人工智能及相關具體問題的深入探討。為保證討論質量，請避免發表脫離本期讀書會主題、缺乏實證基礎或過于空泛的哲學思辨類內容。

加入社區后可獲得的資源

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