導語

意識謎題困擾人類千年，意識理論百家爭鳴。隨著人工智能發(fā)展的深入，人們對意識產生機制的探求更加迫切。為了揭開意識之謎，研究人員正在嘗試一種新方式來努力打破意識理論之間的壁壘，就某些關鍵問題搭建共識框架，在競爭與對抗中，去粗取精，去偽存真，并對兩種主流的意識理論進行檢驗。

編譯：集智俱樂部翻譯組

來源：quantamagazine

原文地址：

https://www.quantamagazine.org/neuroscience-readies-for-a-showdown-over-consciousness-ideas-20190306/

篩選意識理論

如果要花一百年才能揭開意識之謎，我希望我們可以至少把它減到五十年 。

—— Dawid Potgieter

有些科學難題實在太難，我們不清楚該怎么問才有意義，甚至它們是否真能用科學來解決，意識的相關研究就是其中之一：一些研究者認為意識是一種幻覺，另一些則說它遍及一切；一些研究者傾向于將意識歸結為生物上的神經活動，另一些則認為它是一種不可化約的整體現象。

什么樣的物理系統(tǒng)是有意識的？“這是最深刻、最迷人的科學問題之一?！?計算機科學家 Scott Aaronson 寫道，“我不知道有什么哲學理論能說明意識問題本質上是不可解的，但人類離解決這個問題確實還遠著呢?！?/p>

德克薩斯州大學奧斯汀分校的計算機科學家 Scott Aaronson

我們或許能從一個審核中的最新研究項目里找到答案，研究者制定了一整套實驗方案，將各種意識理論無情地暴露在聚光燈下，期望至少能排除其中的一些不合理選項。

如果條件理想，實驗可能在今年秋天開始。 研究人員將促進兩個主流理論的支持者合作，就一項協(xié)議達成一致，并基于此對雙方各自觀點的預測進行檢驗，提前公布區(qū)分判別的實驗進程，然后尊重最終實驗結果。而不再雙方是各自為營，相互否定。隨后也將對其他理論進行類似研究。

Dawid Potgieter 負責協(xié)調這項工作，并計劃未來五年內建立更多類似這樣"有組織的對抗性合作"。他對項目前景看法很實際，表示目前的努力只是持續(xù)篩選意識理論的一個開始，解開意識之謎并不能一蹴而就， "不過如果要花一百年才能解開意識之謎，我希望我們可以把它減少到五十年。”

Dawid Potgieter ，鄧普頓世界慈善基金會（the Templeton World Charity Foundation）的一名高級項目負責人

意識的工作空間

幾千年來，哲學家們一直在爭論意識的本質，以及它能否存在于其他物種中。而現在，隨著人工智能技術越發(fā)成熟，人們對揭開意識的謎底更迫切——僅僅通過交互，即經典的圖靈測試，可能已無法判斷你是在和機器打交道，還是在和人打交道了，伴隨而來的人工智能倫理挑戰(zhàn)越發(fā)不容忽視。

理解意識，還影響到動物權利、動物福利以及一系列有關精神損傷的醫(yī)學和法律問題。最近，一個由50多位知名神經科學家、心理學家、認知科學家組成的小組呼吁，意識難題值得更加重視：“意識理論需要能通過嚴格檢驗，并能在長期經驗驗證中反復修正，就像神話和猜想需要被確證一樣?！?/p>

意識是種能力

如果不先定義意識，你幾乎不可能在相關問題上進行任何實驗。但僅定義這點就已經夠難了，因為對這個詞我們往往有好多種用法。

人類是有意識的生物，但我們也可能會失去意識，例如在麻醉狀態(tài)下。我們可以說我們意識到了一些東西ーー比如從我們的筆記本電腦發(fā)出了一種奇怪的噪音。

但一般而言，意識是指一個人體驗自身存在的能力，而不僅僅是記錄或者像機器人那樣對刺激做出反應。心靈哲學家們通常對此這樣描述——人們可以形象地向別人描繪有意識的存在“宛若”什么樣子，雖然我們實際上永遠無法獲得自己之外的任何體驗。

大量的認知行為發(fā)生在有意識的覺知之外ーー我們總是“無意識地”對某些線索和刺激作出反應，大腦的一個顯著特征是它總是（無意識地）抓住一條信息、一個想法或一個意圖，作為后續(xù)決定和行為的動機。比如我們餓了，會本能地分泌唾液，但我們也可以選擇去吃東西，去廚房的櫥柜里拿出我們想要的。

全局工作空間理論

（Global Workspace Theory，GWT)

以巴黎法蘭西公學院的認知科學家 Stanislas Dehaene為代表的一部分研究者認為，當我們在大腦的"全局工作空間"中持有特定的某段信息時，有意識的行為就會出現，在那里它可以將信息廣播到與特定任務相關的大腦模塊。

他表示，這個工作空間附有一種硬性的信息瓶頸： 只有在前一個有意識的念頭消退時，后一個才能取而代之。 大腦成像研究表明，這種"意識的瓶頸"（conscious bottleneck）是大腦前額葉皮質中神經元的分布式網絡。

巴黎法蘭西公學院的認知科學家 Stanislas Dehaene 是意識的全局工作空間理論的支持者之一，該理論認為，當認知"工作空間"中收集的感官信息被廣播到大腦的其他中心時，意識行為就產生了。

以上這種描繪意識的圖景被稱為全局工作空間理論（Global Workspace Theory，GWT)。按照這種觀點，意識是由工作空間自己創(chuàng)造的——任何能向其他處理中心進行廣播的信息處理系統(tǒng)都具有這個特征，它使意識成為一種激勵和引導式的計算行為。

克里斯托夫·科赫(Christof Koch)表示："一旦你獲得了信息，并將信息廣泛傳播開來，意識就會產生。"

艾倫腦科學研究所(Allen Institute for Brain Science)所長、首席科學家克里斯托夫·科赫(Christof Koch)

整合信息理論

（Integrated Information Theory，IIT)

對Kohe來說，“所有的認知，包括意識，只不過是某種形式的計算”這種觀點，“體現了我們這個時代占主流的一個神話： 它只是一種算法，只不過進行了一種巧妙的修改。根據這個觀點，很快我們就會有更聰明的機器模仿人類大腦的大部分特征，從而具有意識?！?/p>

Kohe一直在與神經學家朱利奧·Tononi（Giulio Tononi）合作發(fā)展一種與 GWT 競爭的理論。他們認為意識不是在將輸入轉化為輸出時產生的東西，而是一種就在認知網絡中的內在屬性，一種網絡結構中具有特定特征。Tononi將這一觀點命名為整合信息理論（Integrated Information Theory，IIT)。

威斯康星大學麥迪遜分校的神經科學家 Giulio Tononi 認為：“意識就是一種體驗。”因此，他所創(chuàng)立的意識的整合信息理論模型，始于詢問一個系統(tǒng)必須具備什么特征才能產生像意識這樣的體驗。

與 GWT 從詢問大腦如何創(chuàng)造意識體驗開始不同的是，IIT 從體驗本身開始。Tononi表示，有意識就是具有一種體驗，它不一定是關于事物的體驗，盡管它可以；夢，或者冥想時獲得某種"無心"狀態(tài)也可以算有意識的體驗。

Tononi試圖確定這些體驗的基本特征， 即

• 主觀性（subjective）：體驗只存在于有意識的主體中；

• 結構性（structured）：意識內容彼此相關，比如“藍皮書在桌子上”；

• 分化性（specific ）：比如這本書是藍色的，而不能同時是紅色的；

• 統(tǒng)一的（unified）：一次只有一種整體體驗，不能分解為部分之和（紅三角≠三角+紅色）；

• 有界性（definitive）：這種體驗包含的內容在時空是有邊界的。

Tononi和Kohe聲稱，他們從這些公理中推導出了物理系統(tǒng)若要具有某種程度的意識所必備的性質。

IIT 并不把意識描繪成信息處理，而是一個系統(tǒng)“改變自身”的因果能力。Kohe說，意識是“系統(tǒng)的一種能力，由自身過去狀態(tài)導致，并影響自己的未來。一個系統(tǒng)越具有產生因果效應的能力，它就越有意識。”

這可以追溯到17世紀笛卡爾的名言“我思故我在”。 “唯一一件可以確認的事，就是我的體驗，這是笛卡爾的核心見解?！?/p>

對Tononi和Kohe來說，像數字計算機那樣的系統(tǒng)，如果僅僅通過“前饋”（fed forward）把信息從輸入轉換為輸出，那只能算是“僵尸”，它們可能表現得好像有意識，但并不能真正擁有這種屬性。硅谷中的大部分人可能認為計算機最終會變得有意識，但是對Kohe來說，除非這些機器擁有合適的意識硬件裝載，否則它們只是構成了一種“深度偽裝”。

“數字計算機可以模擬意識，但模擬沒有因果能力，實際上也沒有意識，”Kohe說，“這就像在電子游戲中模擬重力一樣，但真實情況并不是這樣產生地心引力的?！?/p>

意識是生命的一種普遍性質且可以度量嗎？

整合信息理論最顯著的特點是，它使意識成為一個度量問題。任何一個具有（形成意識）所需網絡結構的系統(tǒng)，都可能參與整體意識的一部分。

Kohe在 2012 年出版的《意識與腦：一個還原論者的浪漫自白》(Consciousness：Confessions of a Romantic Reductionist)一書中寫道："不管生物體還是人工制品，來自動物界還是硅基后代，不管它是用腳行走、用翅膀飛翔還是用輪子滾動，如果它既有分化的信息狀態(tài)，又具有集成的信息狀態(tài)，那么它就是如同意識一樣的系統(tǒng)。”

《意識與腦：一個還原論者的浪漫自白》(Consciousness：Confessions of a Romantic Reductionist)

這種觀點引起了一些質疑。美國富有影響力的心靈哲學家、加州大學伯克利分校的約翰·塞爾（John Searle ），嘲笑這種思想是泛心論的一種形式——這種信仰認為思想和意識蔓延整個宇宙。

在對 ITT 批評中，Searle斷言：“泛心論的問題不在于它是錯誤的，而是它根本沒有達到錯的程度。嚴格而言，它是沒有意義的，因為這一主張沒有給出明確的概念。意識不可能像薄木板上的果醬一樣散布在整個宇宙中ーー它以個體單位形式出現，而泛心論不能指定任何單位個體?！?/p>

然而，Kohe自己非常樂意認為“我們被包圍并沉浸”在意識之中：“意識是生命物質的基本屬性，它不可能來自其它任何東西?！?/p>

信息整合度：量化信息網絡的意識程度

但這并不意味著它在所有地方都是平均分布的。Kohe和Tononi斷言，雖然意識可以是許多事物的一個屬性，但其中很大一部分只能存在于特定種類的事物中，尤其是人類大腦上（實際上，存在于人類大腦的特定部分）。 為了將 IIT 轉化為一個定量的、可驗證的理論，Kohe和Tononi已經制定了一個標準來判斷它們屬于哪類事物。

為了反映一個信息處理網絡的意識程度，Kohe和Tononi定義了一個“信息整合度”的測量標準，他們稱之為 Φ（希臘字母 phi）。它代表“不可化約的因果結構”的數量：網絡作為一個整體能夠影響自身的程度。這取決于網絡反饋的交互聯(lián)通性。如果一個網絡可以被分割為小網絡，而這些網絡之間沒有因果關系，那么無論它有多少處理節(jié)點，它的Φ值都會相應得很低。

同樣，"任何功能性連接和結構產生的 Φ 值大于零的系統(tǒng)，都至少有一點點意識體驗。"Kohe說。這包括在每個活細胞中發(fā)現的生化調控網絡，以及具有良好反饋結構的電子電器電路等。由于原子可以影響其他原子，“即使是最簡單的物質也有一點點Φ值?！钡窍裎覀內祟愡@樣，有足夠的Φ去"知道"自身存在的系統(tǒng)是罕見的（盡管理論預測高等動物也會有一定程度的這種體驗)。

IIT 的對意識的可量化和可驗證性使Scott Aaronson 將它放在“所有有關意識的數學理論前2%的位置”。他也認為這個理論是有瑕疵的ーー不過與Searle的看法相反，他認為“幾乎所有關于意識的理論都是這樣的模糊、空洞和待完善的，以至于他們只能渴望錯誤?！?/p>

在神經網絡上尋求理論依據

Kohe對此表示贊同，他認為 GWT 和 IIT 都是可驗證的，“似乎每個人都有一個自己偏好的意識理論，但他們很少是可量化或可預測的。從邏輯上講，它們可能都是錯誤的，或者兩者都只捕捉到了真實的一面”

但話說回來，我們如何測試它們呢？

兩種理論的爭論

鄧普頓世界慈善基金會（the Templeton World Charity Foundation）已經對這項任務撥款2000萬美元，用于判定這些意識理論的生死存亡。這是從 Potgieter 所說的 IIT 和 GWT 的"結構化敵對協(xié)作"（structured adversarial collaboration）開始的，因為它們能夠做出可驗證的對比和預測。

這個計劃是讓這兩個理論的支持者先協(xié)定一種實驗實施方案，該方案應該能夠區(qū)分這兩個理論中的一個或兩個是錯誤的?！扒疤崾沁@些理論的領導者必須簽署協(xié)議，即明確承認哪些實驗預測結果準確地代表了這個理論。” Potgieter 聲言， Dehaene 和 Tononi 愿意“把自己置身于危險之中”，是促使選擇 GWT 和 IIT 作為第一批理論候選的考量因素之一。

不管發(fā)生什么情況，這次合作將在一份頂級期刊上發(fā)布實驗結果。這項研究后續(xù)還將包括一系列重復實驗?！斑@基本上是開放科研,”Potgieter 說，“如果我們能夠利用開放科學中的最佳研究實踐來證明，在一個很難取得進展的領域中取得進步，即表明這是一種有效的研究方法?！?/p>

現在研究人員已經有了最終的實驗設計，可以直接驗證 GWT 和 IIT 互斥的預測。實驗具體細節(jié)尚未公布，但他們即將部署一系列大腦監(jiān)測技術，如功能性磁共振成像(fMRI)、腦皮層電圖技術和腦磁圖掃描技術。這項實驗似乎是"第一次在神經科學領域進行如此大膽、對抗性的正式合作"，Potgieter 補充道。如果該項目獲得批準，實驗工作將在今夏開始，并運行約三年，共涉及10到12個實驗室。

這項實驗將檢驗理論之間的哪些差異？其中一個是意識在大腦中的位置。

根據 GWT 的研究,“意識相關神經區(qū)域”（neural correlates of consciousness）——反映意識狀態(tài)的神經元活動模式——應該出現在包括大腦皮層頂葉和額葉在內的大腦區(qū)域。頂葉處理感覺數據，如觸覺和空間感。額葉則與記憶、問題解決、決策和情感表達等"高級"認知功能加工有關。

但Kohe反駁道，那些大部分額葉被切除的人——就像在癲癇的神經外科治療中經常發(fā)生的那樣——看起來非常正常。根據 IIT 的研究，意識的所在地可能在大腦后部的感覺表征中，那里的神經連接似乎具有良好的特征。

Tononi補充說：“我敢打賭，總的來說，在大腦后方布線才是正確地使Φ值更高的方式，而腦前布線則往往并非如此?！蔽覀兛梢员容^有意識和被麻醉后失去意識的人的大腦活動位置。 如果這些測試能夠表明大腦后部Φ值確實很高，但與意識無關，他承認“IIT將會有很大的麻煩?！?/p>

最近，包括 Dehaene 在內的一個小組，對清醒和全身麻醉的志愿者的大腦活動分別進行了功能性磁共振成像研究，顯示了這兩種狀態(tài)下不同神經模式。在無意識階段，大腦活動只存在于具有直接解剖相連的區(qū)域，而在有意識活動時，復雜的遠距離互動似乎又不受大腦"線路"的限制。

這項研究的作者之一，布宜諾斯艾利斯大學和巴黎 Pitié-Salpêtrière 醫(yī)院以物理學家出身的神經學家 Enzo Tagliazucchi 則強調說，這個發(fā)現還不能明確支持任何特定的意識理論。他說：“將研究框定在這兩種理論之間還為時過早，實驗結果沒有判別出哪方更優(yōu)越，我們也沒有特意去這樣做。”

意識如何持續(xù)？

GWT 的另一個預測是，在刺激后300-400毫秒，大腦中將產生意識的特征性電信號，與使我們有意識地覺知信息的“傳播”相對應。隨后信號將迅速減弱消失。

而IIT理論認為 ，意識經驗的神經關聯(lián)活動應該會持續(xù)存在——只要意識經驗還在持續(xù)。這種區(qū)別的測試可能類似于志愿者看著某種刺激物，就像屏幕上的一個場景一樣，持續(xù)幾秒鐘，然后看看這種體驗的神經關聯(lián)是否還在意識中持續(xù)存在。

多方見解：兩個主流理論真的可以比較嗎？

并不是所有人都樂觀地認為有可能找到嚴格、明確的方法來檢驗和判決這兩種理論。紐約皇后區(qū)圣約翰大學(St.John's University)的心靈哲學家 Francis Fallon 參與了這個項目。他說，“當前項目是朝著這個方向真誠努力的一次嘗試”，但是他指出，因為這兩個理論都是基于此前各種實驗創(chuàng)立的，如果發(fā)現新的數據與其中任何一個看起來根本不一致，那將是令人驚訝的。

在研究行為神經科學的心理學家 Hakwan Lau，甚至不相信 IIT 是一個真正的科學理論?！癐IT是建立在扶手椅上的理論，”他說，IIT 提倡者所以為的意識可能所在之處，并不一定是遵循這個理論，而是根據他們的主觀看法?！盀榱耸惯@個理論的實證預測能夠用當前的方法進行檢驗，他們做出許多附加假設?！?/p>

加州大學洛杉磯分校研究行為神經科學的心理學家 Hakwan Lau

對 Hakwan Lau 來說，IIT 和 GWT “如此不同，以至于我不知道如何開始對它們進行比較?！?相比之下，Tagliazucchi 則認為二者可能在本質上是相同的理論，只是不同在于分別“從第三人稱和第一人稱的視角發(fā)展而來”。

英國薩塞克斯大學的認知科學家 Anil Seth，對該項目是否會能證證實還為時過早持有保留態(tài)度。他說，“明確的反駁或驗證"似乎都不太可能，因為這些理論"做出了太多不同的假設，與可驗證性有著不同的關系，甚至可能在試圖解釋不同的事情。GWT 似乎主要是關于功能和認知訪問的，而 IIT 則主要是一種基于現象學而非功能的理論，難以測試。”

實驗讓理論更具體

但Tononi和他的合作者反駁說，他們多年來一直在開發(fā) IIT 的實驗測試，已經發(fā)展出一套有效的工具助力于評估腦損傷患者意識程度。不過他們也同意，這兩個理論仍在構建之中，并且仍然相距甚遠，所以期待一個明確的結果可能有些過于奢望。"他們的預測畢竟不可能像物理學那樣精確,"他說。

但盡管如此，他認為“為了取得進步，你必須從你已經擁有的開始”。此外，這種操作將"迫使理論能說出一些更具體的東西。"不管結果如何，Tononi確信這些測試將會教給我們一些關于大腦的更新和更有用的認知。

其他意識理論

一階理論認為，意識只是感官信息的認知加工的產物。高階理論認為，意識包括一些建立在感官體驗的認知表征基礎之上的東西。

沒有人認為排查 GWT 或 IIT 就能揭開意識之謎。在此之前，還有其他嚴肅的意識理論。

其中，兩個常見的意識分類理論稱為一階理論（FOTs）和高階理論(HOTs)。Hakwan Lau解釋道：“一階理論認為，大腦對感官信息的基本認知過程是最重要的，把感官信息帶到意識中來的，是與它在大腦中的表現方式密切相關但難以確定的一些機制，例如在神經網絡中各個元素之間相互作用的動力學?！?/p>

相比之下，高階理論家認為，除了認知本身之外，頭腦還通過表征做了其他一些事情來產生意識。在 HOT 中，一個有意識的體驗不僅涉及到感知的記錄，還包括描繪表征的一些額外機制。在處理信息時，這種高階狀態(tài)并不一定起到特定作用，比如在 GWT 中它就是這樣。

“與現有的其他理論相比，HOT 更容易解釋復雜的日常經驗，比如情緒和情景記憶。”Hakwan Lau和他的同事、拉瓜迪亞社區(qū)學院(LaGuardia Community College)的哲學家 Richard Brown 以及紐約大學(New York University)的神經學家 Joseph LeDoux 最近一篇論文中提到。

論文題目：

The Misunderstood Higher-Order Approach to Consciousness

論文地址：

https://psyarxiv.com/xpy8h/

我希望在未來五年主持大約九次會議，匯集兩個或更多互相競爭的意識理論，并盡量在這些理論之間找到統(tǒng)合的辦法?！盤otgieter 說。他承認，“目前的觀點可能都不正確。”

事實也可能表明，沒有任何科學實驗能成為這樣一個問題唯一且最終的判定者。 Fallon 說：“即使只有神經科學家裁決這個問題，這場辯論也會是哲學性的。當解釋變得如此棘手時，把話題轉向哲學是有意義的。 這個領域的許多神經科學家目前已經在從事哲學研究，其中一些研究得相當出色?！?/p>

Potgieter 希望這種對抗性的方法能夠在其他重大問題上取得進展，如理解意識最初是如何產生的，或者生命本身是如何誕生的。他說：“無論哪個領域的大問題，都有一大堆不同的理論，這些理論都很有說服力，但都彼此都各自為政，我們會努力通過打破其中的壁壘來取得進展。”

Tononi認為，這是一個極好的創(chuàng)舉，迫使不同支持者聚焦，進入某種共識框架，最終參與的所有人都會有所收獲，應該在科研領域推廣實行。

翻譯：十三維

審校：劉培源

編輯：王怡藺

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