K.arl Friston想让我知道他有很多时间。这并不完全正确。他只是不想结束我们的谈话——关于他的激情，关于精神生活的物理学。一旦成功，他就得走出去，抽根烟，然后直接回去做COVID-19的模特。我在伦敦大学学院(University College London)的下午6点找到了这位神经科学家，当时他刚刚参加了一场与新冠肺炎有关的新闻发布会的讨论小组。他为还系着领带向我道歉，并似乎很感激我提供了一些“轻松的放松和分散注意力”。
十年前，弗里斯顿发表了一篇论文自由能原理:统一的大脑理论?它阐明了这样一个观点:大脑就像一个编辑，不断地最小化、“挤压”外部世界的输入，并在这个过程中用感觉和感知平衡世界的内部模型。在弗里斯顿看来，生命就是将自由能最小化。但这不仅仅是对大脑的观察。它更像是万物理论。当你阅读弗里顿的自由能理论时，你的大脑几乎会被点燃，它已经成为神经科学领域被引用最多的论文之一。今年五月，弗里斯顿发表了一篇新论文，感知和意识的起源这将他的思想带入了新的知识领域。
弗里斯顿目前是威康信托基金的首席研究员和威康信托基金神经成像中心的科学主任，他发明了统计参数映射，一种大脑扫描技术，使神经科学家能够前所未有地评估特定大脑区域的活动及其在行为中的作用。他所帮助的关于大脑本质的发现，来自于一位精神病学家对他的患有慢性精神分裂症的病人健康的关心。弗里斯顿说:“我们在因果模型、数据分析和成像科学方面的大部分实际工作都是由精神分裂症研究激发和资助的。”“几十年来，它一直是我生活和职业生涯的中心部分。”
弗里斯顿研究的应用是有形的，对精神疾病、脑成像以及现在的新冠病毒-19大流行做出了重大贡献。然而，深入到他们背后的理论中去，是一次穿越充满迷人的、有时甚至是令人迷惑的概念丛林的旅行。弗里斯顿的想法已经出现在我的雷达上有一段时间了，所以我很兴奋马上加入。他是一位热情的导游，带领我们了解当今科学中一些最刺激的话题，从意识到量子物理再到迷幻。
在《自由能原理》中，你写道世界是不确定的，充满了惊喜。你认为，行动和人类感知都是为了尽量减少意外。为什么包括我们在内的事情要尽量减少惊喜？
如果我们现在最小化惊喜，那么平均随着时间的推移，我们可以最大限度地减少熵的平均惊喜。如果恒温器可能对其世界有关于它的世界 - 它可能会说，“我的世界是关于生活在22度的终身” - 从其热量受体中脱离令人惊讶的是，任何感官信息都是令人惊讶的。然后它将在世界上采取行动，尽量减少这个惊喜并使预测错误恢复为零。你的身体的宿神正在做同样的事情。
大脑是否为了节省能量而减少惊讶?
你肯定可以这么说。但我不会像那样把它放在那里。并不是大脑的目标存在。它只是存在。它看起来好像它存在目标。现有的意思是什么？它始终在该配置中找到。大脑必须以它知道接下来会发生的事情的方式来对世界进行抽样。如果没有，你会充满惊喜，你会死。
你所说的一切都只是对你生活的世界的一种解释。
自由能原理的核心论点是什么?
变分自由能基本上是一个表示惊奇的量。这是生命的终极目标。为什么自由能和惊喜之间有区别？比如说我让你设计一个油滴。你想制造一个油滴并在亚马逊上销售。你必须写下它的运动方程，梯度上的流动，这些梯度是由惊奇定义的，惊奇定义了油滴可能的结构特征。问题是，当你来评估那个惊喜，那个势能时，它在数值上变得不可能，因为它的构型可能以各种不同的方式产生。这意味着，如果你试图设计你的亚马逊油滴，就无法在物理上实现流动。
那么，你怎么能制造出油滴，或者其他东西呢？
物理学家理查德·费曼发明了一种方法。他在量子电动力学中也遇到了同样的问题。他想要计算这个电子从初始状态生成最终状态的所有方式的概率。粒子所能走的路径数是无限的。费曼面临着一个巨大的问题。他想计算最有可能的电子路径，但他不能计算粒子从这里到这里的所有可能路径，更不用说开始寻找最有可能的路径了。
所以他提出了变分自由能，它本质上是一个数学量，总是大于惊喜。如果你压缩或减少自由能，这很容易测量，你可以做梯度下降，得到自由能的底部。费曼有效地将一个不可能的整合问题替换为一个易于处理的优化问题。如果你想模仿自组织，你就必须把问题从世界运转的方式变成世界运转的近似方式，并开发一个优化方案。
你可以看到为什么自由能量开始在阐明这些关于大脑如何工作的观点中起着关键作用。很可能不仅仅是理查德·费曼意识到这是有效地自我证明的方法。也许进化也意识到了这一点。这种变分技巧——最小化费曼变分自由能——已经在我们身上得到了应用。
马尔可夫毯子的概念在你最近关于意识起源的论文中有所体现。马尔科夫是谁，这条毯子是以他的名字命名的？
安德烈·马尔科夫是随机过程和概率论的鼻祖之一。马尔可夫覆盖的概念出现了，不是在意识研究中，甚至不是在神经科学中——它比那更基础。任何的事情必然作为马尔可夫包层存在。因为如果不是这样，你就无法测量任何东西来区分这个东西和其他东西。这绝对是至关重要的。如果某物没有马尔可夫毯子，那它就不存在。从系统神经科学的角度来看，马尔科夫毯是工具包中一个新的重要的东西，它允许你去神秘化，用不同的微积分和不同的语言，谈论知觉之类的东西。
什么是一个很好的例子来说明马尔可夫毯子？
让我们回到我们的油滴。想象一下它在一杯水中。议程要了解，“为什么油滴一起挂在一起？为什么它抵抗倾向于分散，溶解，散发，并在溶剂周围分布其所有分子？“某些事物或系统的一些特殊的东西，如油滴，可以从宇宙中区分自己，或者他们沉浸的环境。
马尔可夫毯有助于解释事物如何存在——但它到底是什么呢?
马尔可夫毯是内部和外部之间的可渗透界面，实现双向交换。外部的东西——环境、宇宙、热浴——通过马尔可夫毯的感官部分影响着内部发生的事情。马尔可夫毯具有感觉和活动状态。外面的东西，外部的状态，会影响毯子的感觉状态，毯子的感觉。而覆盖层内部的物质，内部状态，影响覆盖层的活动状态。活动状态闭合了因果循环，或者，如果你喜欢，它们通过作用于外部状态揭示了内部发生的事情。有了这样的数学结构，你可以比20世纪的物理学更进一步，20世纪的物理学全是关于平衡统计和热力学——这是你在学校里学到的物理学。平衡物理中隐含的概念是，你有一个孤立或封闭的系统，沉浸在一个热浴中，而从来没有问过热浴从哪里来。这隐含地假设了马尔可夫毯。
大脑必须以某种方式对世界进行采样，以确定接下来会发生什么。
在21世纪，马可夫毯将给物理学带来什么?
你可以着手解决大多数物理学家——不是大多数，而是那些更有冒险精神、有时间和金钱的人——想要问和解决的问题。也就是"当事物接触到外界事物时它们是如何自我组织的? "换句话说，就是开放系统。远离平衡-非平衡稳态的系统，尽管它们在与环境进行交换，但仍然存在。我们是一个完美的例子，尽管世界上有波动和反复无常，但我们似乎能坚持下去。
你的工作似乎让感知物理学成为可能。我们真的能量化支配我们思想的力量吗?
这是完全正确的。力只是一个梯度的表达式，而梯度是一个决定状态流动的构造。你可以把重力，想象成一个力或者重力势上的梯度流。我现在变得有点抽象,但我认为这很重要,揭秘说,势能函数,产生的力量导致你所有的神经活动在这个时候你正在听的方式,我说什么都可以被写下来,流在势能,根据我的世界模型，我的感觉，处于一种特定状态的概率的对数。
从数学上讲，这几乎是重复的。如果我在马尔可夫毯子的另一边有一个很好的世界模型，我继续对我预测和期望抽样的东西进行抽样，那么必然会出现这样的情况，即内部的所有东西都在重复和最小化这个潜能。从数学上讲，这意味着根据我的理解或模型预测，最大化这些感觉发生的可能性。这会引导你进入自我证明的概念，这只是“存在”的另一种说法。
好吧，你有点抽象了。你能把这种心理活动说得更具体些吗?
在相信更新方面，有一种非常好的方式思考这一点。因此，在贝叶斯统计数据中，您可以获得一些新数据。在查看数据后，您将先前的信仰更新到后方信仰。您可以同化该数据，更新数据，然后修改和更改您的思想。根据手头的新信息改变你的思想被称为相信更新。这种信念更新是您在此信息几何上在此信仰空间中所迁移的程度的衡量标准。如果您获得了许多新信息，请更改您的思想，您已经移动了很长的距离。这意味着，在这种新信息施加思想的情况下，您发挥着大力，压力很大。
另一方面，如果您从中感觉到，请不要传达您的脚，没有任何信息，您不会改变主意，您不会注意到。除非你，否则没有信念参加到你脚底的感觉。我觉得这很有趣:测量你在这些信息几何图形中移动了多少，施加了多少力，或者这些将你拉向这个方向或那个方向的梯度有多陡，在很大程度上取决于信息的精确度。正是这种精确度决定了心理活动。
理查德·费曼在量子电动力学中也有同样的问题。
你说的“信息的准确性”是什么意思?
这是曲率，或导致您的信仰更新的力领域的梯度，从而导致神经活动的增加或减少。它与数学的角度非常好地联系在一起。如果您可以开始选择提供多少确保这种信息，或那种信息，那么你有一点内在的生活。当然，油滴不能选择部署他们的精确度的地方 - 但是你可以。
当我看着你的时候，我可以把目光集中在我左边的那盏灯上，而不需要移动我的眼睛。你是说能力是内在生命的基本形式的先决条件。是意识到你的能力吗有这种能力进一步越来越丰富的内在生命？
绝对的。你和我都有一个假设，就是我有这些定性的体验，和你谈话。是我在起诉这些精神行为。但这只是另一种假设，只是对现实的另一种表现。如果你开始把这些表象混合在一起，那么你就更接近一个最小的自我，它保证了这些定性体验的代理和所有权——这些体验是通过一些隐蔽的精神行为和内在生活积极构建的。
马尔可夫毯如何帮助我们理解内心生活?
我必须说清楚，我是以物理学家的身份发言，因为我不是哲学家。也就是说，有一种表征主义的解释，可以解释具有马尔可夫毯子的事物的内部状态。你能够假设所有关于感觉、知觉和积极推理的东西都是内在的。比如说，是我们的神经元活动，内部状态依赖并影响着毯子状态。这些状态包括我们的感觉状态，我们的感觉受体——如果你喜欢我们的感觉——以及通过行动改变感觉的方式，就像我的眼睛通过触摸世界来获得新的感觉信息。这意味着你永远无法透明地采样——或者知道外面有什么，从而产生感觉毯子状态。然后你就可以很容易地对外部现实采取反现实的立场。
马尔可夫毯子是否支持那些怀疑个体意识之外世界存在的理论？
不一定。如果你有一个马尔可夫覆盖，从数学上讲，内部必须与外部有某种形式的同步。任何生存于一个世界并规范其与该世界交流的制度都必须体现或包含该世界的模式。必须有一个现实在那里这是对自组织概念的同情，并产生了自组织概念，包含内部状态的毯子的存在。
例如，如果我测量你的视觉皮层中的特定神经元群，我可以推断因为这个特定的神经元群增加了它的活动，就很可能有一条视觉对比条在你的视觉接受区移动，在你的视觉空间的那个点上。所以在某种意义上，它消解了现实主义/反现实主义的争论。你可以采取反现实的观点，但最终，你必须承认，“是的，我只能这么做，因为那里有一些东西。”
我已经穿过轩莱斯的门。这是开放的。
你认为为什么我们对意识这一难题如此困惑?
这是Andy Clark非常困惑的问题，与David Chalmers的问题有关，“为什么我们对我们有定性经验的事实如此困惑?”一种通货紧缩的方法是，“你致力于元问题本身。”什么样的感觉，或者什么样的生物，可能会对他们感知的事实感到困惑?仅仅问这个问题就能提供一些非常有趣的见解。
一旦你的大脑有了一点内部动作，这就意味着你必须对不同类型的动作进行表征。你现在有机会思考：如果我没有注意到这种定性的体验，比如说这种红色，会发生什么？很可能，你只需要拥有一个拥有这些反事实假设的大脑就可以解释哲学家为什么存在并提出这些问题。
这又把你带回到这个概念上，你所说的一切实际上只是对我生活的世界的一种解释。这是对我所有这些感觉的最简单的解释，在我拥有的所有形式中。它不一定是真的或假的。只要这是一个足够好的解释，能把你的惊喜压下去，而且不言自明地又好又高——这就足够了。自我本身现在只是另一种解释。一个哲学家所说的任何东西都屈服于完全相同的论点，包括夸利亚。夸利亚成为对我理解我的感官数据和我对这个内在生命的内在观点的最好解释的具体化。意识的最高形式是哲学家的大脑。
这对哲学家来说是一种奉承。
他们应得的。它们不仅有Qualia的内部代表，并可以谈论它们，他们实际上有这种能力产生有效的世界，其中有可能没有Qualia。你开始招待以下拼图：哦，如果有可能没有Qualia，为什么我们有Qualia？
自我是幻觉吗？
假设你是一个从未见过其他哺乳动物的野生孩子。就不需要有自我的概念。你和宇宙将会是一回事。但一旦你开始注意到其他东西看起来像你，一个问题就必须解决，“是你做的，还是我做的?”现在你需要，作为你内在模型的一部分，假设，幻想，幻想——这可能是绝对正确的——还有其他像我一样的东西存在，我需要建立它的模型。我认为心智理论和文化大脑的必要性为我们为什么有自我提供了一个简单的答案。但回到你的问题，我认为，是的，自我是我的生成模型中的另一个貌似合理的假设，它为我的感官交换提供了最好的解释。
我读过你关于致幻剂的研究。它们对我们更新信念的思维有什么影响?
致幻剂作用于某些被称为神经调节器的神经递质，并瓦解你的信念更新，将这些神经元群体从证据和群体的影响中解放出来。现在，你将无法在较低的抽象层次上调用自我的高层次表征来约束你的定性经验。你可能会体验到自我的一个较低层次的幻灭，字面上的“自我”表征现在可能无法影响体验。你可能会注意到生动的感觉，这些感觉现在有了其他的诠释，而不是被一个以自我为中心的故事粘合在一起。对于什么引起了这种感觉，什么引起了这种感觉，你会有不同的解释。所有这些在生成模型下都是完全合理的，在生成模型中，一层处理对另一层处理的约束被移除。例如，你可以假设如果我是我，还有另一个假设，我不是我。如果你开始移除这两个假设的证据，那么你就创造了关于“我”的巨大不确定性。你会变得人格解体，可能还会遭遇糟糕的旅行。
你个人有过绊倒的经历吗?
当我年轻的时候，我喜欢神奇蘑菇。我经历过赫胥黎式的门。这是一种打开思维和揭示的经验，在这里你永远不会认为你对现实的掌控是理所当然的。这个手柄是一台运转良好的推理机的礼物，它能产生一个又一个恰到好处的幻想。当这种感觉消失时，你就会知道它的存在，你就会欣赏到我们对这种感觉的控制是多么精确，我们的存在是多么荣幸。
布莱恩·加拉格尔是鹦鹉螺. 在推特上关注他@加拉格尔酒店。
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