离揭开意识的真相还有多远


我们目前还无从得知龙虾是否具有意识,还是说它们的行为表现只是自然反射。


托诺尼的理论断言,意识由特定类型的信息处理产生。

  英文原文:Are we close to solving the puzzle of consciousness?

  新浪科技讯,北京时间 4 月 1 日消息,据国外媒体报道,龙虾与我们有相同的疼痛感受器,也能表现出自己的痛苦。比如把它们放在水里煮时,它们的尾巴就会抽搐,看上去痛苦万分。但龙虾真的能“意识到”这种感觉吗?还是说这种反应只是一种自然反射?

  人类在做某个动作时,脑中总是充满了复杂的意识体验。但我们不能假定其它动物也是如此,尤其是大脑与人类大相径庭的动物。有些科学家甚至提出,与人类脑中的丰富世界相比,像龙虾这样的动物可能根本没有任何内在体验。

  “狗的行为、身体和大脑都和人类比较相近,因此它们的所见所闻可能和人类差不多,不能说它们内心‘一片黑暗’,”威斯康辛大学麦迪逊分校神经科学家朱里奥·托诺尼(Giulio Tononi)表示,“但龙虾就不一样了。”

  在意识研究领域,“其它与人脑迥异的大脑是否具有意识”只是众多困扰科学家的难题之一。我们的第一次意识是什么时候出现的?为什么会有这种感觉?计算机能否获得这种“内在生命”?

  对于这些谜题,托诺尼或许找到了解决方法。他的咨询统整理论(integrated information thery)是近年来涌现的意识理论中最令人激动的理论之一。虽然尚未得到证实,但该理论给出了一些可进行验证的猜想,也许不久就能给上述问题找到确切答案。

  托诺尼表示,他从少年时期就着迷于道德和哲学问题。“我意识到,了解意识的本质和形成过程,对我们了解自己在宇宙中的位置和认识自己的人生至关重要。”

  当时他还不确定该如何探索这些问题,是该借助数学途径?还是哲学工具?但他最终选择了从医,临床经验大大丰富了他年轻的头脑。“能够直接接触到神经学病例和精神病病例的确是种特殊体验,”托诺尼表示,“这能迫使你直面失去了意识或意识的关键成分的病人。若非亲眼所见,这些影响真的很难想象。”

  不过,他的科研声誉主要来自与睡眠相关的研究。这个领域的争议要小得多。“当时,你根本就不能谈论和意识有关的话题。”但他对上述问题的思考并未停歇。2004 年,他发表了咨询统整理论的雏形。

  他先是提出了一系列定义意识为何物的公理。托诺尼提出,任何意识体验都必须是“结构化”的。例如,你在观察周围的空间时,能够分辨出物体的相对位置。意识体验还具有“具体性”和“区别性”:每次体验都取决于具体环境,环境不同,体验也会有所不同。此外还有“统整性”:你观察桌上的一本书时,它的形状、颜色和位置信息虽由不同脑区进行处理,但都会被同时整合为一次单独的意识体验。我们甚至会将不同感官的信息糅杂在一起,将其组合成属于此时此刻的同一体验。


意识仍是科学界最棘手的未解之谜之一。

  托诺尼从这些公理出发,提出我们可以从大脑(或 CPU)能够实现“信息统整”的层级数量,识别出某个意识属于人类、动物、还是计算机。该理论认为,在同一意识的不同构成部分之间分享和处理的信息越多,则意识水平越高。

  要想更好地理解该理论,我们可以将大脑的视觉系统与数码照相机相比较。照相机能够捕捉击中图像处理器每个像素的光线,总信息量堪称惊人。但这些像素并不会“彼此交流”或分享信息,每个像素只会单独记录总图像的一小部分。若不将这些信息进行整合,就无法产生丰富的意识体验。

  就像数码照相机一样,人眼视网膜也含有许多传感器,负责捕捉总图像的一小部分。但这些数据会在多个脑区间进行分享和处理。有些脑区负责颜色处理,让原始数据适应光线水平,因此我们在截然不同的条件下仍能分辨出原本的颜色。其它脑区则负责分析轮廓,如猜测某个物体被遮挡的是什么部分等等,让你对物体的整体形状有个大体感受。接着,这些脑区会分享这些信息,将其传递到更高层级上进行信息组合,最终形成我们对所见事物的意识体验。

  记忆也是如此。和照相机的图片库不同,我们不会将每段体验单独储存,而是通过组合和关联、形成一整段有意义的记忆。每当我们产生一种新的体验,它便会与之前的信息相整合。所以才会产生《追忆逝水年华》中作者描述的那种场景:一块玛德琳蛋糕的味道猛地勾起了遥远的童年回忆。这些都是我们意识体验的一部分。

  至少理论是这么说的。并且有许多观察结果和医学实验与之一致。

  2015 年发表的一项研究分析了在麻醉状态下的受试者大脑,包括使用丙泊酚、氙气等麻醉手段。为了解大脑整合信息的能力,该团队在受试者颅骨上方设置了一个磁场,对下方皮层进行刺激。这是一种标准的非侵入式技术,名叫“经颅磁刺激”(TMS)。受试者清醒时,可以观察到大脑在 TMS 的刺激下、脑活动形成了复杂的“涟漪”。托诺尼认为,这就是不同神经元群之间进行信息整合的迹象。

  但用丙泊酚和氙气麻醉的受试者大脑则并未出现这种反应,其脑电波形式远比清醒时简单得多。通过改变关键神经递质水平,这些麻醉药物似乎“破坏”了大脑的信息整合,这也与受试者实验期间意识全无的状态相一致。他们的内在体验一片黑暗,只有虚无。

  药物引发的幻觉


统整信息理论或许能预测计算机有朝一日能否拥有意识。

  为进行进一步对比,该团队还分析了由氯胺酮麻醉的受试者大脑。虽然这种药物会使你对外界毫无反应,但受试者常报告称,自己做了疯狂的梦,而不是像用丙泊酚和氙气麻醉时那样意识一片黑暗。托诺尼的团队发现,利用氯胺酮麻醉的受试者大脑对 TMS 刺激的反应比另外两种麻醉剂复杂得多,说明其意识状态在药物状态下有所改变。他们与外界的联系被割裂了,但大脑在药物作用下仍保持“开启”状态。

  托诺尼在分析不同睡眠状态时,也发现了类似结果。在非快速眼动睡眠期间(这期间做梦很少),人脑对 TMS 刺激的反应不那么复杂;而在快速眼动睡眠期间,即做梦较频繁期间,信息整合度似乎要高一些。

  托诺尼强调,这并不能“证明”他的理论是正确的,但这说明他可能走对了路。“这么说吧,如果我们的实验结果反过来,事情就很麻烦了。”

  托诺尼的理论也与各类脑损伤病人的体验相吻合。以小脑为例。小脑呈核桃形,颜色偏灰粉,位于人脑底部,主要负责协调肢体运动。其所含神经元数量多达大脑皮质的四倍。大脑皮质是大脑的最外层,所含神经元约占大脑总数的一半。但有些因先天或后天原因缺少小脑的人仍有意识感知,能够在不损失任何意识的情况下度过相对较长、且“正常”的一生。

  如果意识体验的产生只与神经元数量有关,这些病例根本就说不通。但从托诺尼理论的角度来看,小脑处理信息多为局部进行,而非交换和整合信号,因此在意识中仅扮演次要角色。

  测量人脑对 TMS 刺激的反应似乎还能预测处于无法沟通状态或植物人状态的患者的意识。这一发现可能具有重大临床意义。

  当然,非凡的结论还需要不容置疑的证据。毕竟鲜有比意识之谜更令人捉摸不透的科学问题。

  目前为止,托诺尼的理论对大脑信息整合的描述还非常粗糙。要真正证明该理论的价值,还需要更加精密的工具、对各类生物的大脑都进行精准测量。

  加州大学伯克利分校神经科学家丹尼尔·托克(Daniel Toker)认为,托诺尼的理论相比其他科学家的理论更“符合直觉”,但还需要更多证据。“该领域普遍认为该理论很有意思,但尚未完全得到证实。”

  原因与数学有关。利用此前的技术,测量网络信息整合度的时间会随着节点数量的增加出现“超指数级增长”。也就是说,即使利用当前最先进的技术,整个计算过程也会比宇宙寿命还要长。但托克最近提出了一条计算捷径,也许能把计算时间缩短到短短几分钟。这或将成为把托诺尼的理论放在更加坚实的实验基础上的第一步。“我们在该领域仍处于早期阶段。”托克表示。

  只有在这一基础之上,我们才能着手回答那些关键问题,比如将不同类型大脑的意识进行比较。但托克认为,就算托诺尼的理论被证伪,也能推动其他神经科学家从更数学的角度思考意识问题,并对未来的理论有所启发。

  如果统整信息理论是正确的,必将产生颠覆性的影响,应用范围远不止神经科学与医学领域。例如,若能证明龙虾等动物也有自己的意识,对动物权益的抗争也将就此转型。

  一些遗留已久的人工智能问题也将得到解答。托诺尼称,现有计算机的基础架构均由晶体管构成,无法形成形成意识所需的信息整合层级。因此就算通过特定程序让人工智能表现得像人类一样,它们也永远无法拥有我们这般丰富的内心世界。

  “有些人认为,计算机迟早会拥有像人类一般优秀的认知能力。不仅是在围棋、国际象棋、识别人脸、驾驶汽车等领域,而是任何事情都如此。”托诺尼指出,“但如果统整信息理论是正确的,计算机的行为表现也许会和人类一模一样,但其本质上仍是一个空壳。”这又要涉及到一个问题:智能行为是否必须脱胎于意识?而根据托诺尼的理论,答案应该是否定的。

  托诺尼强调,这不仅仅是计算机能力或使用软件类型的问题。“所有计算机的物理价格都大同小异,都无法引导意识的产生。”这样看来,美剧《真实的人类》和《西部世界》中那样的道德难题也许永远都不会成为现实,真是谢天谢地。

  该理论甚至还能帮助我们理解自己与他人互动的方式。麻省理工学院集体智慧研究中心主任托马斯·马隆(Thomas Malone)最近将该理论运用到了人类团队上。他的研究显示,由团队成员共享的整合信息能够预测整个团队在不同任务中的表现。虽然用“群体意识”一词可能有些夸张,但马隆认为,托诺尼的理论或能帮助我们理解大规模人类组织有时是如何像一个实体一样思考、感觉、记忆和做决策的。

  不过马隆提醒道,这仅仅是推测而已。我们首先要证实信息整合是个体具有意识的标志。

  就目前而言,我们还不能确定一只龙虾、一台计算机、甚至一个社会是否具有意识。但未来的某一天,托诺尼的理论或许能帮助我们更好地认识与自己截然不同的“思想”。(叶子)


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