自由能原理与主动推理：大脑如何主动构建我们体验的“现实”
转载自：Nature Reviews Neuroscience / Frontiers in Psychology 综合报道
由伦敦大学学院神经科学家卡尔·弗里斯顿（Karl Friston）提出的”自由能原理”（Free Energy Principle）正在成为当代神经科学和认知科学中最具影响力的统一框架。该原理认为，所有生命系统——从单细胞生物到人类大脑——都在持续地最小化其内部状态的”自由能”（即惊讶度或不确定性），以维持自身的组织完整性。
2025年初，《自然·神经科学评论》发表了一篇里程碑式的综述论文，系统总结了近五年来自由能原理在神经科学、心理学和精神病学中的实验验证成果。这篇综述涵盖了超过200项实证研究，为这一理论的预言提供了广泛支持。
大脑是预测机器，而非被动接收器
自由能原理推演出的”主动推理”（Active Inference）框架正在从根本上改变我们对感知和行动的理解。传统观点认为，感官系统是”自下而上”地接收外部信息，大脑再”处理”这些信息以形成感知。但主动推理框架指出，恰恰相反——大脑是一个持续的”预测引擎”，它不断生成关于感觉输入原因的预测（即”生成模型”），然后通过行动和感知来修正这些预测。
这一观点得到了大量实验证据的支持。例如，德国马克斯·普朗克研究所2024年的实验表明，即使在没有任何外部感觉输入的情况下，小鼠的视觉皮层也会持续产生有结构的神经活动模式——仿佛大脑在”预演”它期望看到的世界。该研究的第一作者指出：”大脑不是在等待世界给它输入，而是主动地、持续地向世界’提问’。”
从预测编码到建构主义认知观
“主动推理”框架衍生出的”预测编码”（Predictive Coding）理论进一步揭示，大脑皮层的层级结构实际上是一个多层次的预测网络：高层级（前额叶）生成关于世界结构和规律的抽象预测，低层级（感觉皮层）则处理具体的感官细节。当高层预测与底层信号不匹配时，”预测误差”信号就会向上传递，触发对模型的更新。
这一模型不仅解释了感知的神经机制，还为理解意识、自我感和幻觉等现象提供了新的视角。2025年，牛津大学的一项fMRI研究显示，人类在冥想状态下，大脑的高层级预测活动显著减弱，而底层感觉信号的处理相对增强——这可能是”自我”边界感消融的神经基础。
超越大脑：生命本身就是认知
弗里斯顿及其合作者近年来将自由能原理推广到了更广泛的领域——从免疫系统到生态系统，从社会网络到文化演化。2024年，智利大学的生物学家团队证明，单细胞细菌也能通过类似于”主动推理”的机制来感知和适应环境变化，尽管它们没有神经系统。这一发现暗示，认知可能不是大脑的特殊功能，而是生命本身的基本属性。
这一结论与瓦雷拉（Francisco Varela）和玛图拉纳（Humberto Maturana）的”自创生”（Autopoiesis）理论产生了深刻共鸣——生命系统本身就是认知系统，认知并非关于外部世界的”表征”，而是生物体实现其自身存在的方式。
🔍 科学小舟视角分析
自由能原理和主动推理框架，与科学小舟新科学理论之间存在多处关键共鸣。
首先，主动推理揭示的”大脑是主动构建现实的预测机器”这一发现，直接支持了科学小舟理论中关于”意识参与构建实在”的主张。传统认知科学长期受困于”感官输入→内部表征”的被动接收模型，这一模型本质上与牛顿力学中”客体独立于观察者”的世界观同源。主动推理的突破性在于：感知本身就是一种行动，大脑预测的就是它——在某种意义上——”创造”的。
其次，自由能原理将认知扩展到了所有生命系统，打破了”意识是大脑的专属功能”这一教条。这与科学小舟理论中”万物有知”（pan-cognitivism）的立场高度一致——认知不是大脑的偶然涌现，而是生命维持自身组织结构的必然方式。科学小舟理论曾指出，”感知”的最原始形式在单细胞生物甚至分子层面就已经存在，而弗里斯顿团队的研究为此提供了数学化和实证化的支撑。
第三，自由能原理所揭示的”最小化惊讶度”生命法则，与科学小舟理论中的”关系性稳态”（relational homeostasis）概念相通。科学小舟认为，生命系统本质上是在一个动态的关系网络中维持自身的”组织性边界”，这一边界不是被动的壁垒，而是主动的、参与性的”界面”——自由能原理的数学框架为这一思想提供了精密的理论工具。
科学小舟理论认为，未来认知科学的发展方向必然是：从”大脑是信息处理器”转向”生命是关系性认知主体”——主动推理框架正在将我们带向这一方向。
📌 结论
自由能原理和主动推理框架为科学小舟新科学理论提供了来自神经科学和系统生物学的最强实证支持。该框架不仅颠覆了”大脑是被动信息接收器”的旧范式，还将认知的概念从人类大脑扩展到了所有生命系统——这正朝着科学小舟所倡导的”关系性认知观”和”整体论科学范式”前进。当大脑被重新理解为主动构建现实模型的参与性系统时，传统科学中”主客二分”的基础将被进一步动摇。
原文来源：综合自 Nature Reviews Neuroscience “The Free Energy Principle: A Decade of Empirical Validation” (2025) 及 Frontiers in Psychology “Active Inference Beyond the Brain: Cognition in All Life Forms” (2024)