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意识怎么可能揭开意识之谜呢

谢选骏:意识怎么可能揭开意识之谜呢
   
   《人们是否已经揭开了意识之谜?》(BBC 2019年5月23日)报道:
   
   龙虾能像人类一样感知到疼痛吗?

   我们已经知道,龙虾和人类一样具有伤害感知系统。人类有这种特殊的“传感器”,因此在受伤时会畏惧退缩、或哭泣。人们观察龙虾后,发现这种动物也能够感觉不适。比如,一旦被厨师扔进了滚水中,龙虾就会蜷缩尾巴,好似痛苦不已。
   然而,这当真是它们“感觉”到了吗?或仅仅只是条件反射呢?
   人类一个简单的动作,背后是大脑中一系列复杂的意识经验。我们不能假设其他动物也会有这样的意识——尤其是大脑结构和人类大不相同的动物。但也不无可能,有些科学家甚至认为,连龙虾这种和没有任何内部经验的物种,也许都能产生意识。
   威斯康辛麦迪逊大学(University of Wisconsin-Madison)的神经科学家托诺尼(Giulio Tononi)说:“比如说狗,行为方式更接近人类,身体结构也与人类更加相像。狗与人类的大脑结构也差得不远,因此犬类也有内部经验,它们看东西、听声音的方式和人类是一样的,也就合乎情理。但要说龙虾也能这样,就很难让人信服。”
   意识研究的众多难题之中,就有这么一项:大脑构造如果和人类的大不一样,是否还能够产生意识?其它的难题还包括,人类大脑中的意识是从什么时候开始产生的?为什么会产生这样的意识?有朝一日,人工智能是否能实现这样的感知?
   托诺尼或许能解开这些谜题。他提出的“整合信息理论”是近几年来最激动人心的意识理论之一。虽然该理论目前尚未被证实,但是其中一些假说,是能够用实验验证的。我们很快就能知道该理论是否正确。
   我们如何知道鱼类有没有感觉?
   用意识控制机器的利与弊
   托诺尼表示,早在青少年时代,他便“以青少年的专注”专攻伦理和哲学。他说:“那时我意识到,弄清楚什么是意识、知道意识是怎样形成的,是我们了解宇宙中人类的地位、知道如何对待自身生命的关键。”
   那时,他还不知道该选择什么样的道路来追寻这些问题的答案,是该选择数学吗?还是哲学?最终,他选择的是医学。临床经验的积累使他迅速成熟起来。他说:“获得第一手的神经学和精神病学案例,是一种很特殊的体验。我必须要直面失智或半失智的病人,看看他们那时候的状态。如果不是亲眼所见,是很难想象出来的。”
   过去,托诺尼发表的研究成果中,广为认可的反而是在睡眠领域,内容更具开创性,这一领域内的争议也更小。他说:“当时,人们几乎不讨论意识。”即便如此,他也没放弃对意识问题的思考,终于在2004年,托诺尼发表了意识理论的第一篇文章。后续不断扩展和完善了这一理论。
   我们对人类智力认识的误区
   鸡的智商远超你的想象
   文章开头是一组广为认可的公理,给意识下了定义。托诺尼提出,意识经验是需要精心安排的。打个比方,一个人环顾四周,会对周围物体之间的相对坐标有所了解。意识经验也是一个具体的概念,个体之间也“有所区别”。根据状况的不同,会有不同的意识经验产生。也就是说,意识经验有许许多多种。除此之外,意识经验具有集成性。当人们看到桌子上的一本红书时,虽然刚开始,我们会将其外形、颜色、所在位置分开处理,但是在同一个经验中,这几项属性最后也会被集成、整合到一起。大脑也会通过其他的感官整理信息,就像伍尔芙(Virginia Woolf)所言“[这些印象]像无数原子一样,从四面八方纷至沓来”,而大脑会将之整合到同一个时间和地点之中。
   根据这些公理,托诺尼提出,我们能够从“信息整合”的水平上识别出一个人(或动物、人工智能)的意识,意识很可能就藏在大脑(或电脑的CPU)里。他的理论认为,单一经验中所需要感官共享和处理的信息越多,意识的水平就相对越高。
   要理解托诺尼理论的实际意义,我们可以把大脑的视觉系统类比成数码相机。相机能够以像素为单位,捕获照射到图像传感器上的光——捕获的总信息量显然是巨大的。而像素之间不能够互相“交流”、也不能共享信息:每一个像素负责独立记录场景中某一小部分的信息。如果相机没有集成功能,那么就无法获得完整的照片。
   和相机一样,人类视网膜上有许多传感器,能够单独捕获场景中的某一微小元素。随后,大脑中的其他部分会收到这一共享信息,并且开始处理。大脑中,有的部分是负责处理色彩的,能够从原始数据中提取出光照水平。如此一来,在不同光源之下,我们就都能辨别各种颜色。还有的部分会检查物体形状,或许还能够推测出画面中被遮挡的部分——假设有一本书,前面被咖啡杯所遮挡,大脑还是能推断出书的整体形状。随后,大脑的这两部分会将处理后的信息进行整合,再进一步传递到大脑的其他部分,以便与其他信息整合。最后就成了我们的意识体验。
   记忆的形成也是这样。和相机里存储的照片不同,记忆中的意识体验是相互联系的。不同意识体验之间的组合和关联,形成了各种有意义的故事。人们做了一件事情,就会将其和先前的经历联系在一起。这也就是为什么吃一个玛德琳蛋糕可能会勾起我们的童年回忆,因为意识体验是相互联系的。
   至少理论上来说是这样,许多医学观察和实验结果也不与之相悖。
   2015年发表的一项研究,对异丙酚麻醉和氙气麻醉后的人类大脑进行了检查。为了验证大脑的信息整合功能,研究小组在参与者的头皮上方设置了一个磁场,以刺激大脑皮层的特定区域。这种无创技术叫做经颅磁刺激技术(Transcranial Magnetic Stimulation, TMS)。测试者意识清醒时,他们大脑的不同区域都会对TMS做出响应,产生一系列复杂的波动。托诺尼认为,这就是不同神经元之间进行信息集合的标志。
   在进行异丙酚和氙气麻醉后,测试者的大脑则不会对TMS产生任何反应——相比意识清醒时,此时的脑波形式更加简单。这两者能够改变大脑的神经递质水平,“破坏”大脑的信息整合功能——这一结果,恰好与实验参与者的完全昏迷相对应。彼时,他们的内在经验是完全空白的。
   药物致幻
   为了进一步对比,还设置了一个实验组,是使用了氯胺酮麻醉的。人们在使用这种药物后不会对外界做出任何反应——因此它也是麻醉剂的一种。与异丙酚、氙气麻醉后完全空白的内在经验相反,许多患者表示,氯胺酮麻醉后会做很多不切实际的梦。托诺尼的团队也发现,这一组实验人员的大脑对于TMS的反应相比先前的麻醉组更加复杂,这就说明他们的意识状态发生了改变。虽然,氯胺酮也能切断个体和外界之间的关联,但个体的意识并没有归于空白,还徜徉在各种幻想出来的梦境之间。
   在研究了睡眠的各个阶段时,托诺尼也发现了类似的结果。人们在在非快速眼动睡眠(non-REM;浅层睡眠)期间的梦少——对应TMS相对简单;REM睡眠(深层睡眠)期间经常会出现梦中意识,此时大脑的信息整合水平更高。
   托诺尼说,实验并没有“证明”他的理论,但让他知道工作方向是正确的。“如果实验结果和理论相左,就真的麻烦了。”
   托诺尼的理论也符合各种脑损伤患者的实际情况。小脑位于脑的底部,呈粉灰色核桃状,其主要功能是协调运动。小脑中的神经元数量是大脑皮层(大脑表面的树皮状组织)的四倍,占到了整个大脑神经元数量的一半。有人没有小脑(天生没有小脑,也有的是因脑损伤而切除),但还是能够进行感知。这部分人的生活“正常”,长寿,也不曾有意识空白。
   如果认为意识经验仅和神经元数量有关,那这些案例是完全没有意义的。从托诺尼的理论来看,小脑主要负责内部的信息处理,信息的交互和集合较少,也就是说在意识的产生过程中作用较小。
   测试大脑的TMS反应,也能够检测意识状态,帮助无法交流的患者和植物人——这一发现对于临床医学有着潜在的深远影响。
   诚然,大胆的假说需要确凿的验证——科学界鲜有比意识之谜更深刻的问题了。
   托诺尼目前的验证方法,只是提供了验证大脑信息整合作用的一个“测算替代物”。要真正证明该理论的价值,还需更加成熟的工具,能够以更加精确的方式、推算出大脑的各种信息处理过程。
   加州大学伯克利分校(University of California Berkeley)的神经科学家托克(Daniel Toker)表示,信息整合是意识不可或缺的过程。对很多科学家来说这是“显而易见”的,但目前的凭据还不够充足。他说:“领域中有一个更广为认同的观点,即这个想法挺有趣的,只是完全没有被验证过。”
   归根溯源,还是数字计算的问题。使用先前技术时,如果要将神经网络中节点的数量考虑在内,计算单一神经网络中信息整合所耗费的时间就呈“指数”增长。也就是说,即使采用最尖端的科技,计算时间也是成倍于宇宙存在时间的。然而,托克近期发现了一条捷径,能够在几分钟之内获取计算结果。他已经在一批猕猴身上测试过了。这一发现,或能夯实托诺尼的理论,为其实验基础打下坚实的第一步。托克说:“我们真的刚刚起步。”
   在此之后,人们才得以慢慢回答一些真正重要的问题,比如,比较不同结构的大脑。托克认为,即使托诺尼的理论最后没有被证实,也至少推动了其他神经科学家的思考,让他们得以用更加数学的角度去看待意识的问题——或许对未来新理论的诞生有所帮助。
   如果整合信息理论最后被证实了,很多事情会随之改变。这一理论能够影响的,远不止神经科学界和医学界。比如,如果能证实龙虾等生物确实存在意识,将对动物权利保护有变革性的影响。
   该理论还能够解答长期以来人们对于人工智能的困惑。在托诺尼看来,如今的计算机基本构架(晶体管网络),构不成信息集成的产生水平,更不用说产生意识了。因此,即使程序设定人工智能可以像人类,也绝对不可能有像我们那样丰富的内在世界。
   托诺尼说:“有些人认为,电脑的认知水平很快能够在方方面面赶上人类,而不仅仅是在围棋、象棋,或是人脸识别、驾驶汽车方面。但是,如果整合信息理论是正确的,那么人工智能的行为能完全复刻人类,也许[甚至]可以与之进行交流。这或许收获颇丰,有可能比人类之间的对话收获还要多。但即便是这样,它们也并不是人。”这就又回到了人工智能是否会自发行动的问题,根据托诺尼的理论,答案是否定的。
   他强调说,这不仅关乎计算能力或软件类型:“计算机的物理构架大同小异,任何构架都无法产生意识。”所以谢天谢地,《人类》和《西部世界》剧集中的道德困境永远不能成为现实。

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