大脑意识上传云端得永生?你可能想多了_详细解读_最新资讯_热点事件

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编者按:生老病死,自古以来都是人世间最折磨、又最难解的悲情。虽然长生不老这种美好的愿景几乎不可能实现,但如今,随着互联网、云计算和人工智能等前沿技术的发展,围绕思维永生的相关研究不断引得众多科学家关注。比如在身体死亡后,讲人的大脑意识上传到云端,进入一个虚拟的世界,是否能像一个真实存在的人,能够通过电话或视频通话与现实世界中的亲人保持联系?这种未来的可能性就称为思维上传,也就是在“数字来世”中继续维持一个人的思想意识。但本文作者认为,人类也许可以解开让大脑意识永生的秘密,但不可能通过将大脑意识上传云端来实现。原标题《No, Your Mind Can’t Be Uploaded to a Computer》。

就像歌里唱的,“每个人都想上邮票,但没人想死”。

而最近,对于那些想让永生的人来说,最热门的话题之一就是大脑意识上传,即我们可以将自己的意识转移到机器上的概念。但就像之前所有的永生计划一样,这个大脑意识上传也是有致命缺陷的。

我们需要认识到的第一件事是,意识:唯一一种可以不朽之名合理上传的“心智”,是一种身体功能。意识是我们的身体产生的,而我们还不知道它是如何做到的,但无论如何,我们的大脑都能设法产生神经科学家所说的知觉(哲学家称之为感受质 qualia),这些知觉是有意识经验的构件,比如声音、颜色、气味、味道、痛苦的折磨、对身体的认识,以及其他一切我们的大脑融合在一起的东西,以创造我们的意识世界,无论是在我们清醒的时候,还是在我们的梦中,或是在幻觉中。

计算机幻觉

当然,有人认为,大脑意识与其他的身体机能不同。具体来说就是,大脑是一种有机的计算机,意识是运行在上面的程序,而一个人的自我身份只是被程序访问的存储记忆。所以,如果你能复制大脑硬件上正在运行的程序,把记忆中的数据复制到一台机器电脑上,然后在上面运行“你”的程序,这样,你的思想就会被“转移”到那台电脑上。而如果那台电脑在人形机器人的身体里,你就可以无限期地活成一个西部世界式的机器人。

这种观点乍一看有一定的道理。诚然,我们的身份感来自于我们的记忆。如果突然间你失去了现有的所有记忆以及形成新记忆的能力,即使你的大脑在实时创造感知方面没有问题,你也会失去对自己是谁的感知。当你早上醒来的时候,你还能看到、闻到、听到,还能感觉到自己的身体,但你实际上是不知道自己是谁的,就好像你出生的那一刻就已经完全长大了一样。

但你的大脑真的是一台运行程序的电脑吗?这取决于你所说的“电脑”和“程序”是什么意思。

计算设备由来已久,最著名的是算盘,它是一个托盘或盒子,里面装着一些小物件,可以在木板上快速地左右移动,以帮助店员等人进行加减法之类的运算。然而,这些装置是不可编程的。换句话说,它们不能自己进行计算,而必须由知道如何计算的人进行操作。

第一台可编程机器不是用于计算(算数)。它们进行物理操作,如播放音乐或织布。在19世纪初,一种被称为分析引擎的设备,将这两个概念结合到了一台能够自动执行某些数学计算的机器中。大约一个世纪后,艾伦·图灵设计了一种机器的理论,这种机器可以执行任何可能由“人类计算机”执行的计算,这意味着一个人在纸上进行数学计算,而且时间不受限制。这种“通用”机器是所有现代计算机的基础。

可编程计算装置和非编程计算装置的输出都有两个方面的共同点,即物理的和符号的。设备的物理终结状态代表了一个概念,人类用户可以阅读和理解。换句话说,算盘的珠子或石子的位置,对于一只猫,以及任何不知道这个东西是用来干什么的人来说,都是没有意义的。同样的道理,屏幕或印刷品上的图案,对于任何不精通该符号系统的观察者来说,也是毫无意义的。就其本身而言,计算机实际上并没有计算任何东西,它只是在进行无意义的运动。只有作为涉及人脑的系统的一部分,人脑构造设备并解释它的输出,机器才可以说是在“计算”,让人类观察者思考符号结果的意义。如果你只知道罗马数字,计算机输出的代码就只是胡言乱语。

但是,虽然计算机本身并不做任何现实世界中的加减法,也就是说,算盘并不向收银台增加或取出任何硬币,但是,将计算设备与其他种类的机器结合起来,在“计算”的驱动下做物理工作是可能的,计算只是根据一套规则(程序)自动改变状态。比如说,这类计算机与机器的结合,就是我们让计算机驱动机器人给汽车喷漆的方式。而这种工作确实与人类的许多身体机能有本质上的相似,比如我们的手脚移动等运动机能,就是由大脑的运动皮层来控制的。

在这些情况下,我们面对的是另一种类型的“计算”,它并不涉及执行数学计算(尽管所有这些操作都可以用数学来描述),而是执行物理上的迭代,或各种状态变化的重复。在2002年出版的《一种新的科学》中,Stephen Wolfram提出了这样的观点:整个宇宙其实就是一台这样的计算机。一切存在的事物的每一次状态变化,从字面上看都是一次计算,一个初始状态按照规则达到一个最终状态,一个输入和一个程序化的输出,而这个程序就是一套物理规律。

更重要的是,这个程序在物理“机械”本身之外没有独立的存在,而是我们通过观察得出的抽象概念。比如,牛顿在对引力的强度进行计算时,它的吸引力可以通过乘以相关物体的质量来得出,而且它的强度会按照物体之间距离的平方来减弱,所以距离增加三倍,力就会减少到原来的1/9等等,他根本不知道为什么数字会是这样。爱因斯坦把引力建模为时空的扭曲,我们才明白这些数值是如何从宇宙的物理学中产生的。程序的“规则”只是“硬件”本身的属性。

我们的电脑也是如此,就像我现在用来写这篇文章的电脑,以及你现在可能正在使用的电脑或手机。当我还是个孩子的时候,第一次接触电脑的时候,运行第一批可编程的打卡机也是如此,运行IBM机器的打卡机也是如此。

两百年前,人们很容易看出,分析引擎和自动织布机或钢琴一样,都是一种物理设备。没有人会认为其中涉及到任何独立于硬件的“软件”。但今天,符号化的编程语言和图形化的编程界面使人们很容易陷入软件不是硬件的错觉。事实上,物理定律是身边唯一的程序,它们和硬件是一回事。当我们对计算机进行编程时,我们所做的只是调整它们的物理状态,以便当我们接上电源时,它们能做我们想要的事情,并达到某种有用的最终状态,无论是屏幕上的图案,还是移动机械臂末端的喷漆枪的电线中的脉冲图案,还是其他任何结果。

人们很容易相信,计算机或“信息处理器”,实际上是在处理某种叫做信息的东西,就像食品加工厂处理玉米一样,而且这些信息是独立存在于机器内的。我们很容易用同样的方式来看待我们的大脑,作为信息处理器,它从字面上看是包含信息的东西。但就像物理定律,或物质的属性,如温度、密度和压力,信息也是一种抽象。当然,这是一个非常有用的,但还是一个抽象的概念。我们生活在一个由空间、时间、能量和物质组成的世界里。信息并不是作为独立于这些的东西而存在的。

把信息当作一种东西,把我们头脑中的“内容”(无论其含义如何)当作信息,这是某些流行的科学解释中的一个错误。而这种错误使人们很容易想象,这种“内容”可以被“转移”到通用计算机上,从一个“信息处理器”转移到另一个“信息处理器”上,但实际上并不是这样的。

意识不是信息,它是一种生物活动。要想让一台机器执行同样的活动,它必须在物理上做大脑正在做的事情,或者是类似的事情。通用计算机不是用来做这个的,而且无论多少编程都无法让它们做到这一点。我们了解移动手臂的基本力学原理,所以我们可以建立计算机与机器的组合来模仿这种活动。但由于我们不知道我们的大脑是如何产生有意识的感知的,所以我们不能建造一台机器来有意识的体验。(这也是为什么互联网永远不会成为有意识的,它不是为了成为有意识的而建造的)。

图灵迷思

在计算界内还有一个关于大脑和图灵理论化的通用计算机的普遍错误,这导致了一种错误的想法,即图灵证明了通用计算机可以做任何人类大脑可以做的事情。而这就导致计算机领域的一些人认为,通用计算机只要编程得当,就可以有意识,因此,即使我们还没有想出如何实现,但理论上大脑意识上传一定是可能的。

斯坦福哲学百科全书是这样总结这个问题的:

不幸的是,关于图灵1936年的论文,出现了一个迷思,即他在那里对机制的极限进行了处理,并建立了一个基本结果,即通用图灵机可以模拟任何机器的行为。这个迷思已经传入了心智哲学、理论心理学、认知科学、计算机科学、人工智能、人工生命等领域,普遍产生了不好的结果。

问题是,根据Wolfram的定义,意识并不是一个经过计算的最终状态,而是一个纯粹的物理计算状态。为了在现实世界中产生实际的知觉,计算设备需要与其他某种机械相结合,在我们的时空中产生实际的现存知觉。就像计算设备本身不能再现人类的呼吸、消化或循环,而只能是这些过程的符号表征一样,没有任何计算设备本身能够再现人类的意识觉知。这不是技术进步的问题。它根本做不到。

我们对大脑的菊花链(daisy-chain)过程的理解已经取得了很大的进展。我们的皮肤接触到热的表面,神经细胞发生生化反应,触发一系列的电化学脉冲,沿着一系列神经过我们的脊柱,到脑干,然后通过我们的运动皮层,然后到我们的肌肉,肌肉收缩并将我们的皮肤从热的表面撤回。当然,这只是对实际情况的一种过于简单的描述,但这正是神经系统最初进化而来的那种事情。

某个时候,复杂动物的大脑发展出了一种质的不同的能力,一种全新的技巧:产生知觉。任何数量的菊花链活动都无法做到这一点。在某个阶段,我们的大脑进化出了创造颜色、声音和气味等所需的“其他机器”。而我们仍在试图了解这个机器是什么,在哪里。但检查活体动物的工作大脑是极其困难的,通常需要间接和不完整的手段。

在我们的意识机器理论中,最近比较有希望的进展之一是CEMI,即意识电磁信息场理论,它提出进化论利用神经活动产生的“垃圾”电磁场来进行新的把戏。对CEMI的调查还处于萌芽阶段,它可能不会成功,但至少它有可能让我们找到答案。

复制大脑

另一个提出来的使意识永恒化的概念,是找到一种方法来构建模仿神经元功能的组件,并以正确的方式将它们拼凑在一起。虽然任何这样的努力都面临着巨大的挑战,但至少可以说,如果我们把大脑意识看成是“信息”,把神经元看成是菊花链中的简单开关,就会变得容易想象。这样看,我们可以忽略大脑的实际物理结构,想象一个意识机器的组件可以摆放在桌面上,它们的排列方式无关紧要,处理速度等问题也可以忽略。

但是,这种过于简单化的说法太理想化。而如果像CEMI这样的东西被证明是准确的,这种说法就会被淘汰。只要能保存信息流,大脑的实际物理结构与意识无关的立场被称为“机会极简主义”,这是一种“球牛”论点,取自一个关于理论物理学家的古老笑话。Ned Block在2009年是这样描述生物学和极简主义观点的冲突状态的,他指出,意识和“思想”或智能不是一回事:

我们不知道如何制造一台能思考的机器,但无论制造机器思考有多困难,都没有意识困难。生物学理论说,只有拥有正确的生物学的机器才能拥有意识,从这个意义上说,生物学的说法对机器意识不太友好。

应该很明显的是,他们的灵感更多的是来自于20世纪60年代和70年代的计算机思维模型,而不是21世纪的意识神经科学时代。正如丹内特坦言:“神经科学的近代史可以看作是一系列细节爱好者的胜利。是的,连通性的具体几何结构很重要;是的,特定神经调节器的位置及其效应很重要;是的,架构很重要;是的,尖峰模式的精细时间节奏很重要,等等。许多机会主义极简主义者的美好希望已经破灭:他们曾希望可以省略各种东西,他们已经了解到,不,如果你省略了x,或y,或z,你就无法解释大脑如何运作。”(《认知神经科学》第四版)

而在尝试复制的道路上,还有一个障碍:身体地图。我们每个人的大脑都包含着它所在的身体的神经地图。如果没有匹配的身体地图,大脑就无法有效工作。所以,即使你大脑的身体功能可以在机器大脑中复制,在它的机械外壳中也无法正常工作。而我们从人脑的身体图谱错误的实际案例中知道,有意识的心理体验将是一个活生生的地狱。在每一个清醒的时刻,你的大脑都会发出警报信号,事情是非常非常错误的。所以,除了想办法制作一个合成大脑,模仿你有机大脑的详细的小规模生物功能之外,合成大脑还必须改变,以便映射到它所在的新的身体机制上。

当你考虑到大脑的神经元数量和银河系的恒星一样多,超过1000亿个,而且神经元之间的连接数量超过了整个宇宙中的恒星,以复制大脑作为目标似乎是一座空中楼阁,即使是以某种方式创造出可行的合成神经元,都可能做不到。

这并不是说,人类永远不可能解开让大脑意识永生的秘密。我自己不报什么期待,但谁知道呢?不过我们可以确定的,大脑意识上传不可能成功。

(译者:蒂克伟)

母职的代价有多大?这位40岁韩国产妇一条龙体验

本文来自微信公众号:影艺独舌(ID:yingyidushe),作者:潘达,头图来自:《产后调理院》剧照

如果说影视创作是现实世界的一面“镜城”,那么,表现当下的女性空间,可以说从《三十而已》和《乘风破浪的姐姐》起,已经展露了眉目。

加上“中年女演员危机”的行业背景,在荧屏上讲述靠谱的女性故事,似乎既是国产剧的一个壁垒,又是一片亟待开发的叙事领域。

而今年动作频频的韩剧,于近日祭出了一部女性题材的大作,即《产后调理院》。

说其“大”,是因为这部剧把现代女性所面临的种种实际问题——家庭与职场孰重孰轻、自我身份与母亲的身份如何协调、女性意识和母性意识的冲突,拍成了一份颇具实验风格的社会田野调查报告。 

在黑色喜剧、轻快搞笑的基调上,情节之铺排推进,宛如进行时态的事实举证,连缀成日常不可见的女性育儿奇观。如果说“公共领域是男性化的”,那么,《产后调理院》中的男人们,实则沦为了绝对意义上的配角。

女性的“半人半母”困境

正如网友所言:“做人难,做女人难,做母亲更难,职业女性做母亲难上加难。”《产后调理院》的女主角,就具备以上所有的身份和经历。

在升任公司最年轻理事的当天,40岁的吴贤珍到医院检查,突然成了一名高龄产妇。她却无法敞开怀开心。为何?

故事在开场先埋了一个包袱,悬置死亡的真假,以吴贤珍面对阴间使者的幻境,回述了这个女人的前半生。

从儿时起,她就拥有超强的上进心,并因此在同伴面前显得“格格不入”;学生时代,家里破产,还债的担子落到她一人身上;求职时,韩国因足球成为“亚洲之光”,整个国家陷入疯狂,她却与世隔绝地备考;工作后,即使被同事暗讽拍马屁也要不遗余力地“求上位”。

强悍如吴贤珍,能走到今天的位置,就算换成一个男人也实属不易。所以说,就社会性别而言,吴贤珍其实相当中性。

同时,作为一个个体,她必须持续地付出才能获得(没有正常得到过的)满足感和价值感。她的生命本质,本就是匮乏的。

而怀孕中止了这一切,并且显然更加难以应付。因此,临产时的手术台,成了吴贤珍的鬼门关。

在潜意识当中,她把手术台上的过程想象成了通往地狱之路。虽然强烈的求生意志使其狠狠推开了阴间使者,开场的悬念转而成为黑色幽默,但现实中的新局面,依然等着吴贤珍去面对。

生孩子,意味着她的人生主场将被转移。

作为一个职场女性,此前的她,个性十足、光鲜亮丽、受人尊重;而怀孕后,她首先失去的就是尊严感。先是在重要的工作场合,羊水突然破了,吴贤珍表面淡定,却又不免尴尬地自己叫来了救护车。

接着在住院后,要完整经历“屈辱期”“禽兽期”“无痛天国期”“发狂派对期”“必须开心期”五个阶段。其间,生理疼痛、身体羞耻、情绪起伏轮番上阵,与工作相比,这是妥妥的“降维打击”。 

最悲惨的是,生下儿子后,吴贤珍全然被婆婆一家当成了工具人。一家人对着新生儿喜笑颜开,只有亲妈替她抱不平地说,“我的女儿这是历经生死。”

然而经过短暂的喜悦,所有人迅速回到日常生活,只剩下吴贤珍、年轻的丈夫和新的家庭成员面对“这奇怪而又陌生的世界”。

对于吴贤珍来说,随心所欲喝冰美式的自由生活已成过去式,海带汤和走样的身材才是最大的现实。

曾经的职场女强人,必须向母亲的身份妥协。尽管看似位于家庭与工作、个人自由与母爱奉献、坚持自我与抹杀自我等对立项之间,吴贤珍实际上并没有选择的权利。作为个案,她反映了相当一部分独立女性的两难处境。  

《产后调理院》的象征法

如果说“产后”是第一阶段,那么,“调理院”之于吴贤珍就像是一次系统重启。从进入这个环境起,她就已经失去姓名。象征意义上,她仅是因为自己的孩子才有存在感。

这里的各位母亲,相互之间以孩子的胎名互称,她们感兴趣的,只有胎儿的性别、第几胎、顺产还是剖腹产、奶粉喂养还是母乳喂养……总之,万事以育儿为中心,这是一个“非常特别的世界”。

年龄、学历、经历在这里完全没用,调理院自有其规则。最典型的就是,“顺产的看不起剖腹产的,母乳的看不起喂奶粉的,甚至全职太太看不起在工作的”,俨然是一种雪国列车式的“等级制度”和“鄙视链”。

住进调理院的父亲们,也有一整套行为规范。他们必须随时待命,穿衣首选不显眼的、能与大地融为一体的棕褐色,受气时最好去散步,存在感最好为零。女主的丈夫因为和一位偶然结识的前辈爸爸志同道合,甚至产生了同病相怜的情谊。

更有一位备受崇敬的育儿者声称,“女人们真正的友情,是在成为妈妈后才开始的。”母亲这一角色,仿佛被剥夺了第二性,唯有母性是核心的、支配性的身份意识。

起初,吴贤珍对无比优越的调理院环境、全心哺育孩子的女性,也是倾心和赞美的,但当见识到院友们对胎教和食谱的锱铢必较,她越发觉得自己与这里不搭调。 

当每个人都在对这个世界的“绝对权力者”亦步亦趋,吴贤珍陷入了摇摆。她就像进入了一个封闭的反乌托邦空间,在这趟列车的末等席位上,期盼着育儿的不二法门能给她以启示。

如果说调理院史无前例地展示了育儿的复杂景观,那么,它最大的功能和说服力,在于接受了两位编外的母亲角色。 

一个是一位年轻的“酷妈”。她打破了完美母亲们的所有规则,不仅敢和院长对峙,还私自喝酒、吃炸鸡。后来证实她是吴贤珍的事业粉,给予了后者强大的精神后盾。

“酷妈”更在“绝对权力者”困窘的时刻,及时地帮她解了围。说明很大程度上,调理院足以容纳异质的闯入者,并给予她们融入母亲这一群体的机会。 

另一个,是这里的“怪物”,曾经的国民女神。因为体重剧增,她从不见人。进来之前,她借着怀孕暴饮暴食;进来之后,调理院成了一个安全的庇护所。

媒体的冷嘲热讽和容貌的面目全非,使之全无复出的信心。是吴贤珍的诚意和众人的鼓励,赋予她重新追求事业的勇气。

从某种程度上来看,《产后调理院》像是给韩国月子中心做的集体广告。剧中对调理院的展示是非常秩序化的,众人不厌其烦地告知吴贤珍“这里是天堂”,甚至浸满了宗教意味。换句话说,所有母亲都能在这里找到安身之所。

再来看一些支线剧情。在调理院外,吴贤珍的丈夫选购婴儿车时,因推销员的业务能力强大,他的预算价格瞬间就从30万韩元升格到了450万。

吴贤珍买咖啡时,店员和陌生顾客的审视性目光,迫使她从一整杯冰美式换到了一整杯奇异果汁。

更不用说,婆家对长孙的出生尤其喜出望外。从社会到家庭,吴贤珍们的生活自由和胎儿的性别,始终在被小心翼翼地甄别与凝视。

虽然在去年,韩国成为首个零出生率的国家,但育儿,仍然像不容玷污的神话,构成了韩国社会的有机组成部分。 

基于吴贤珍是女主人公,甚至导演也是女性,《产后调理院》实际上拥有充裕的女性视角与立场。而依照目前的故事走向来看,这部剧似乎从一开始,就被生育的神话带偏了节奏。 

本文来自微信公众号:影艺独舌(ID:yingyidushe),作者:潘达

人类意识是连续的,还是离散的?|意识

如果我们快速连续地看一个绿色和一个红色的苹果,我们的大脑会把它组合成一个黄色苹果。如果我们快速连续地看一个绿色和一个红色的苹果,我们的大脑会把它组合成一个黄色苹果。

新浪科技讯 北京时间9月9日消息,据国外媒体报道,人类意识是连续的,还是以不连续的组块形式出现?乍看之下,这是一个很奇怪的问题,对于我们来说,生活就像一部电影,在我们清醒的每一个时刻都能感知和意识到事物发生的变化。

然而,科学家、哲学家和神经科学家就此问题争论了1500多年,圣奥古斯汀是早期伟大的意识哲学家之一,他曾思考过我们如何能在短暂时间内感知运动,历史更久远的Abhidharma佛学院曾讨论称,人类意识是离散的意识事件,而不是连续不断的意识流。

现代科学界的解释呢?一些现代专家认为,人类意识可能是离散的,我们可能仅感知到非常短暂、有限的意识段。

这似乎有些荒谬,但是想想当你清醒的时候,或者当你开始入睡的时候,你是什么样的感觉?想想你在执行一项重复操作无数次平凡任务时如何“走神”,在这些情况下,我们更容易相信我们可能不是每时每刻都保持着真实意识。

我们每时每刻都有意识,还是意识是在不同的信息包中出现?我们每时每刻都有意识,还是意识是在不同的信息包中出现?

来自瑞士洛桑联邦理工学院大脑与心理物理实验室的一支科学家小组评估了现有的研究报告,他们提出一个结合了连续和离散意识的模型,进一步阐明我们如何产生意识、何时产生意识。

为了了解人类意识的工作原理,让我们想象一下当你从自行车上摔下来,如果整个摔落过程中我们都是有意识的,就不能足够快地处理身体摔落过程,最终可能会摔个面朝天。但在研究人员的意识模型中,我们实际经历了一段无意识时期,在该期间我们的大脑疯狂地计算——自行车行驶速度有多快,路面是沥青还是碎石,是用手腕还是侧身着地?随后是一个更短暂的意识周期。

研究负责人迈克尔·赫尔佐格博士说:“我们发现人们只有在大约400毫秒的延迟之后,才会意识到某种事物元素,无意识的处理是连续的,而有意识的指令仅限于某些短暂的时刻。”

各种实验都验证了这一观点,例如:在一些实验中,研究人员向参与者展示了延迟40毫秒的两条重叠线,但参与者称仅看到了一条线。在另一项实验中,研究人员向参与者展示了40毫秒的红色盘子,随后是40毫秒的绿色盘子,但参与者最终表示自己看到了一个黄色盘子,显然这是红盘和绿盘的视觉组合。其他实验表明,观察和感知之间的延迟是随着时间而变化的,这主要取决于环境和情况。

在清醒和睡眠之间,很容易想象我们的意识可能不是连续的。在清醒和睡眠之间,很容易想象我们的意识可能不是连续的。

类似的实验也表明这种延迟存在于我们对声音的感知中,另一例子是触觉,被称为“兔子效应”。如果你的手腕和肘部被快速连续地触摸,就会感觉有人在沿着你的手臂触摸线状轨迹,当你考虑到——在你的肘部被触碰之前是不可能有这种感觉的,就感到更加奇怪了。因此,似乎人类大脑是同时触摸手腕和肘部之后才能解释这种触觉意识。

“无意识处理”的时间可能因情况而异,在某些情况下,该时间可能变得更长。例如:想象你看到一辆汽车在道路上行驶,在夜间,你可能需要更长的时间来判断交通灯的颜色,而在嘈杂的环境中,你的眼睛获得的信息更少;在白天,光线充足的情况下该过程会发生得更快。

这些似乎表明我们并非瞬间意识到的,我们的眼睛和大脑需要时间来处理这些信息,这将转化为我们意识上的延迟。我们需要不断地处理周边环境的信息,但是我们的大脑可能无法处理这些信息,赫尔佐格说:“你需要不停地处理信息,但你无法持续地感知信息。”

当然,这一过程不能转化为反应时间,你的身体会比意识做出更快的反应,而这些特定反应不需要人们有意识地解读周围环境信息。

这项研究结果类似一个两级模型,其中意识跟随一个较长的无意识处理时间。该模型可比作一艘船的船长通过无线电进行机电舱升级,而机电舱工作人员向船长发出无线电信号进行响应。类似地,大脑和身体都互相发送更新信息,这些信息更新是按需发生的,而不是连续或者间隔地发生。(叶倾城)

意识是什么?延续数千年的谜题,正在接近破解|意识

科学家正在破解这个困扰了哲学家数千年的谜题。
科学家正在破解这个困扰了哲学家数千年的谜题。

意识就是你的一切体验。它是在你脑中挥之不去的那个旋律,是巧克力慕斯的香甜,是牙齿的一阵阵疼痛,是你对孩子深切的爱,也是因明白这一切感觉终将消逝而产生的痛苦。

这些感受来源和本质有时候被称为感质(qualia),从古至今一直困扰着人类。以塔夫斯大学(Tufts University)的丹尼尔·丹尼特(Daniel Dennett)为代表的很多现代分析哲学家声称,意识只是一种幻觉,因为他们认为,意识的存在与他们所坚信的机械的物质宇宙完全无法兼容。换句话说,他们或是认为感质不存在,或是认为这从根本上不是一个可以被科学系统研究的话题。

假如这种说法是正确的,我就没必要在这里长篇累牍了。我唯一需要做的就是,解释为何你、我以及几乎所有人都如此确信自己拥有感情。可是假如我现在牙肿了,就算有一个无懈可击的论述能说服我相信我的所有感觉都只是一种臆想,也无法减轻我的半分痛苦。所以,对这种放弃理解意识的态度,我个人实在难以接受,下面我会继续聊聊我的看法。

大部分学者均认可意识的存在,并尝试去理解意识和能被科学描述的客观世界之间的联系。数十年前,我和弗朗西斯·克里克(Francis Crick,1962年诺贝尔生理学或医学奖得主)决定,先把从亚里士多德时代就开始的关于意识问题的哲学讨论放在一边,而是去寻找意识的物理证据。在高度活跃的大脑中,到底是什么产生了意识?一旦我们能够理解这一点,我们离终极答案就会更近一步。

我们特别关注的是意识相关神经区(neuronal correlates of consciousness,简称NCC),即可以产生任何意识体验的最小神经机制。例如,牙疼的感觉出现时,你的大脑里有哪些过程是必然要发生的?是不是一定有某些神经细胞要以特殊的频率放电?是否存在一群特殊的“意识神经元”必定会被激活?这些细胞位于大脑的哪些区域?

意识相关神经区

定义意识相关神经区——NCC时,修饰词“最小”十分重要。毕竟大脑整体就可以视为一个NCC,它每天都产生各种感受。但意识的所在地或许可以被更精确地定位。比如说脊髓,它是脊柱内一束一英尺半(约0.5米)长的神经组织,包含了约10亿个神经细胞。当一个人颈部受伤导致脊髓严重损坏后,伤者的腿部、手臂和躯干将完全瘫痪,无法控制自己的肠道和膀胱,并失去身体感觉。然而这些瘫痪病人依然能够体验生活的方方面面——他们能看、能听、能闻,拥有情绪和记忆,和受伤之前并没有区别。

我们再来看看脑干,即大脑后下方的“小脑”。从演化角度来看,脑干是最古老的脑结构之一,在运动控制、姿态调整、产生连贯动作等方面扮演重要角色。不管是弹钢琴、打字、滑冰,还是攀岩,这些行为都需要脑干参与其中。脑干中有大脑里最复杂的神经元——浦肯野细胞(Purkinje cell),这种细胞的树突数量丰富,像扇形珊瑚一样,而且有着复杂的电活动。小脑也是神经元数量最多的脑结构,约有690亿个神经元(以星形的小脑颗粒细胞为主),是大脑其他区域总和的4倍。

假如脑干由于中风或手术意外遭到部分损毁,人的意识会发生什么变化呢?几乎没有变化!尽管脑干受损的患者在生活上有诸多不便,如无法连贯演奏钢琴或敲键盘等,但他们从没有抱怨过意识受到影响。他们依然可以听、看和感受一切,拥有自我意识,能回忆和形成记忆。就算是出生时就缺少脑干的残疾人,其意识体验和正常人也没有显著区别。

也就是说,脑干的结构虽然复杂,但它的功能和主观体验无关。为什么呢?从脑干的回路结构,我们可以得到重要的线索。脑干的回路极度均一和并行,就像一节节并联的电池一样。整个脑干几乎是一个严格的前馈回路(feed-forward circuit),一组神经元连向下一组神经元,然后是再下一组神经元。脑干内没有可让神经信号来回传递的复杂环路(由于意识的产生需要一定时间,大部分理论学家都推断这与大脑回路中复杂的反馈环路有关)。而且根据功能,脑干可被划分为数百个甚至更多的独立计算模块。所有模块并行处理信号,各自的输入和输出互不影响,控制着对应的不同运动或认知系统。脑干的不同系统之间几乎没有交互,而信息交互却是意识产生必不可少的另一个特征。

回顾对脊髓和脑干的分析,我们认识到,有神经活动的部位并不一定就是意识的“栖息地”。除了神经活动,要产生意识还需要满足其他条件。构成大脑皮层的灰质就满足这些条件。灰质是拥有层状结构的复杂神经组织,展开后面积与一张14寸的比萨饼(直径约0.36米)相当。两片这样的层状组织在高度折叠后,与它们的“通信纤维”——白质一起,被包裹在颅骨内。所有已知的证据均显示,新皮层是感受的源头。

我们甚至还能进一步定位。例如,有的实验让受试者的左右眼看向不同的图像。假如你的左眼只能看到唐纳德·特朗普(Donald Trump)的照片,而右眼只能看到希拉里·克林顿(Hillary Clinton)的照片,你会看到什么呢?一种猜测是,你会看到特朗普和克林顿的某种奇怪叠加。但事实上,你会看到特朗普几秒钟,然后这幅图像会消失,克林顿的图像取而代之,再过几秒,视觉感受又会再次切换。两张照片会永不停息地相互交替,这个现象被神经科学家称为“双眼竞争”(binocular rivalry)。由于你的大脑接受的视觉输入模棱两可,它无法判断这到底是特朗普,还是克林顿?

假如在做这个实验的同时,也用磁共振成像仪扫描脑部活动,你会发现此时有一系列脑区被激活了,这些区域统称为后侧热区(posterior hot zone)。这些脑区位于皮层后侧的顶叶、枕叶和颞叶区域,我们最终看到的是什么,与这些脑区的活动显著相关。有趣的是,接受并传递从眼睛而来的视觉信息的视觉初皮层,却并不体现受试者的主观所见。类似的结论可以拓展到听觉和触觉:听觉初皮层和触觉初皮层与听觉及触觉感受并不直接相关。反而是这些脑区的下游系统——那些后侧热区,与意识感知对应,例如你看到的是特朗普还是克林顿。

更有启发意义的是两类来自临床的证据:一类是对皮层组织施以电刺激,另一类是对因受伤或患病而使特定脑区受损的病人的研究。比如,在摘除脑肿瘤或是癫痫病灶之前,神经外科医生会直接对附近的皮层组织施行电刺激,以探测它们的功能。刺激后侧热区,会引起一系列感觉和感受,例如闪光、几何图形、变形的面孔、幻听或幻视、熟悉感或不真实感、移动身体某部分的冲动,等等。刺激前侧皮层则不会出现这些现象:大致来说,前侧皮层不会诱发直接感受。

另外一些线索来自20世纪前叶的神经疾病患者。当时的外科医师为了摘除肿瘤或治疗癫痫,有时不得不切掉患者的一大片前额叶皮层。令人称奇的是,术后,这些患者的生活居然没有大的变化。虽然缺失一部分前额叶对患者造成了一些不良影响:他们无法抑制一些不好的情感或行为,运动出现障碍,无法自控地重复一些动作或话语。但是一段时间后,他们的性格和智商都慢慢得到了恢复,并且安然地生活了很多年,没有任何迹象表明,前额叶组织缺失对他们的意识体验有显著影响。相反,假如后侧热区被移除,即使面积很小,也会导致患者丧失一些意识功能,如无法辨识人脸,或者无法感知运动、颜色或空间。

所以,似乎视觉、听觉等主观感觉和体验是后侧皮层产生的。事实上,就我们目前所知,所有意识体验均产自后侧皮层。那么,这个区域和前额皮层到底有哪些不同?答案我们还不知道。不过让人兴奋的是,最近的一项发现似乎暗示,神经科学家已经接近答案了。

意识测量仪

医学领域需要一种能可靠检测受伤或者无行为能力的病人是否拥有意识的仪器。例如,在手术过程中,需要对病人施以麻醉,让他们无法运动,保持血压稳定,没有痛觉和相关记忆。不幸的是,这一目标并不总能实现,在美国,每年都有数百个病人在麻醉时依然有一定程度的知觉。

另一类对象是那些因事故、感染或中毒导致严重脑损伤的患者,他们中的很多人可以生存很多年,但无法说话或是对外界的声音做出回应。在临床研究中,探测这些病人的知觉极具挑战性。想象一个宇航员漂浮在太空中,虽然能听到发射中心不断尝试与自己建立通信,但由于通话系统故障,他却无法做出回应,仿佛已经不存在于这个世界一般。这种绝望正是那些因大脑受损而无法与外界交流的患者的体验,像是在孤独无助的深渊里挣扎。

21世纪初,威斯康星大学麦迪逊分校的朱利奥·托诺尼(Giulio Tononi)和马尔切洛·马西米尼(Marcello Massimini,现任职于米兰大学)开发了一种叫做“刺激-压缩”(zap and zip)的技术,用来探测一个人是否有意识。他们把一个裹有保护套的线圈放置在病人头皮上,穿透颅骨向大脑内输入一个磁脉冲信号,在所刺激区域的神经元中诱导出电信号。这个扰动信号会影响到所有相连的其他神经元——可能是激活也可能是抑制,并在整个皮层内反复回荡直到逐渐衰退。研究人员可以在病人颅骨外部用脑电图(electroencephalogram,简称EEG)记录这个过程中的大脑活动。记录到不同位置的信号变化后,我们便得到了大脑活动的动态影像。

这些影像既非有固定模式,也非完全随机。有趣的是,这些忽高忽低的大脑活动越是单调简单,大脑就越可能处在无意识状态。于是研究人员沿着这条思路,尝试把大脑活动像普通影片一样通过算法进行“压缩”,检验是否能够量化对应的“意识程度”。压缩后得到的“扰动复杂指数”(perturbational complexity index,PCI)能够对大脑活动整体的复杂程度给出一个估计。研究发现,受试者在清醒状态下的扰动复杂指数一般在0.31到0.70之间,但是在深度睡眠或者麻醉状态下,会降至0.31以下。马西米尼和托诺尼对48名大脑受损但意识清醒,且能对外界作出反应的病人做了同样的测试,发现每个病人的得分都在清醒状态的范围内,与行为观察一致。

研究者接着测量了81名处于最小意识状态或植物人状态的病人。最小意识状态的这组病人仍有一些非条件反射的行为。研究显示,38名最小意识状态病人中有36名存在意识,另外2名被误诊为无意识。对于43名处于植物人状态的病人,之前的临床观察已经确认无法与他们建立沟通,但是测试结果显示,只有34名无意识,另外9名患者是有意识的。他们的大脑对扰动刺激的响应模式与清醒对照组相似,这或许说明他们依然存在意识,只是无法和亲人交流。

研究人员正在努力改进这套设备,使之能应用到临床,并且可以拓展到精神疾病患者和儿童患者。科学家迟早能够找到所有主观体验对应的特定神经机制。尽管这些进展有重要的临床意义,或许可以帮到患者的家人和朋友,但它并无法回答一些更根本的问题:为什么是这些神经元而非另一些神经元产生了意识?为什么放电频率是这个值而非其他数值?实际上,真正的谜团在于,具有复杂结构的组织为什么能够产生意识感觉,以及它是如何做到的?毕竟大脑和心脏、肝脏等器官一样,也受物理定律支配。那大脑的特殊之处在哪里呢?大脑究竟是通过什么生物物理过程,让一堆灰质产生美妙旋律和缤纷图像的?

一个令人满意的终极意识理论需要指出,任何一个物理系统(可以是神经元组成的复杂回路,也可以是一块芯片上的电路)在什么条件下可以产生意识。还要能够回答,为什么不同的感觉之间存在差异?为什么蓝色的天空和音调不准的小提琴给人的感觉不同?不同感觉之间存在差异有意义吗?如果有的话,意义是什么?终极意识理论应该能够推断,哪类系统可以拥有感受。假如理论不能给出可验证的预测,那任何关于机器意识的讨论只能停留在直觉层面,而科学史告诉我们,这通常是不可靠的。

两种意识理论

目前有两种最主流的意识理论,科学家围绕着它们展开了激烈的辩论。一个是全局神经工作区(global neuronal workspace,简称GNW)理论,由心理学家伯纳德·J·巴尔斯(Bernard J。 Baars)和神经科学家斯坦尼斯拉斯·德阿纳(Stanislas Dehaene)与让-皮埃尔·尚热(Jean-Pierre Changeux)提出。该理论是基于这样一些实验观察,当人对某事物有意识时,大脑中多个不同的区域均会调用该信息。相反,假如人无意识地做一些事,这些信息只会被特定的感官和运动系统调用。例如,当你打字速度很快时,你的手指会无意识地按下不同的键。假如有人问你是怎么做到的,你很难回答,因为你几乎没有意识到这些信息,它们只存在于从你的眼睛到手指的大脑回路中。

GNW理论认为,意识源自一类特殊的信息处理过程,其思路与早期的人工智能研究相似,认为不同功能的程序可以共享一个小的信息库。不管这块“黑板”上新添了什么数据,后续的一些子过程——如工作记忆、语言、计划模块等都可以使用。大脑记录的感官信息会被多个认知系统使用,如语言、形成或调取记忆、执行动作等。GNW理论认为,就是在数据被广播至整个大脑的多个认知系统时,意识出现了。

由于记录感官信息的“黑板”空间有限,在任意时刻,我们只能意识到很少量信息。该理论猜测,负责传播信息的神经回路位于额叶和顶叶。当被这个神经网络广播后,感官信息就能被全脑的各个系统访问,进入人的“意识”,即能被主体意识到。尽管现在的计算机还没有如此复杂的机制,但这仅仅是个时间问题。GNW理论认为,未来的电脑将会拥有意识。

而由托诺尼和他的同事——包括我在内——提出的信息整合理论(Integrated information theory ,简称IIT)有着完全不同的出发点——体验本身。每个体验都有一些重要的属性。首先它是内在的,只对拥有者本人存在;它有一定结构,例如“黄色出租车因棕狗穿越街道而刹车”;而且它还是独一无二的,与任何其他意识体验都不同,就像电影里不同帧的画面一样。更重要的是,它是统一且具体的。当你在一个阳光明媚的日子,坐在公园的长椅上看孩子们玩耍时,这种体验的不同部分——吹过头发的微风,听到孩子笑声时的喜悦——都无法被单独分开。体验若被拆分,便也不复存在。

托诺尼猜测,任何拥有内部结构,包含一系列因果关系且相互作用的复杂系统都具有上述特点,也都具备一定程度的意识。感觉是从系统内部产生的某种东西。但假如是像脑干一样的结构,不具备复杂的整合技能,就不能算是有知觉。IIT理论声称,意识是任何复杂系统都拥有的内在因果力(intrinsic causal power),人脑只是一个例子。

根据内部相互作用结构的复杂性,IIT理论还导出了一个非负数Φ,用于衡量意识水平的高低。Φ为0代表系统不存在任何自我意识。而Φ越大,则意味着系统的内在因果力越强,意识水平也越高。大脑的内部结构十分复杂,拥有数目巨大的特异性连接,因此Φ值很大,具有比较高的意识水平。IIT能解释很多观测到的现象,例如,为何脑干对意识影响很小,以及为何“刺激-压缩”测量是有效的(该方法计算出的数值可以认为是对Φ的粗略估计)。

IIT理论还预测,用电脑模拟人脑活动是无法产生意识的,即使程序能骗过我们,以无法和真人区分的形式与我们用语言交流。就像用电脑模拟黑洞附近的巨大引力场,并不会真的扭曲电脑周围的时空一样,用程序模拟意识并不能产生一台拥有意识的电脑。意识无法被计算出来,它是系统结构自身的一种属性。

未来仍有两个挑战需要解决。其一是利用日新月异的新工具,对大脑中数量巨大且功能各异的神经元进行测量,这样我们才能真正找到意识的神经机制。由于中枢神经系统十分复杂,这可能需要数十年的努力。另一个挑战是,证明或证伪目前最主流的两种理论,或者根据两者各自的合理部分,提出更好的新理论,解释关于自我存在的最重要问题:为什么一块像豆腐一样的三磅重的器官,可以产生意识,让我们感受到生命的存在?

意识是什么?延续数千年的谜题,正在接近破解

本文来自微信公众号:环球科学(ID:huanqiukexue),作者:克里斯托弗·科赫(Christof Koch),翻译:马骁骁,头图来自:unsplash

意识就是你的一切体验。它是在你脑中挥之不去的那个旋律,是巧克力慕斯的香甜,是牙齿的一阵阵疼痛,是你对孩子深切的爱,也是因明白这一切感觉终将消逝而产生的痛苦。

这些感受来源和本质有时候被称为感质(qualia),从古至今一直困扰着人类。以塔夫斯大学(Tufts University)的丹尼尔·丹尼特(Daniel Dennett)为代表的很多现代分析哲学家声称,意识只是一种幻觉,因为他们认为,意识的存在与他们所坚信的机械的物质宇宙完全无法兼容。换句话说,他们或是认为感质不存在,或是认为这从根本上不是一个可以被科学系统研究的话题。

假如这种说法是正确的,我就没必要在这里长篇累牍了。我唯一需要做的就是,解释为何你、我以及几乎所有人都如此确信自己拥有感情。可是假如我现在牙肿了,就算有一个无懈可击的论述能说服我相信我的所有感觉都只是一种臆想,也无法减轻我的半分痛苦。所以,对这种放弃理解意识的态度,我个人实在难以接受,下面我会继续聊聊我的看法。

大部分学者均认可意识的存在,并尝试去理解意识和能被科学描述的客观世界之间的联系。数十年前,我和弗朗西斯·克里克(Francis Crick,1962年诺贝尔生理学或医学奖得主)决定,先把从亚里士多德时代就开始的关于意识问题的哲学讨论放在一边,而是去寻找意识的物理证据。在高度活跃的大脑中,到底是什么产生了意识?一旦我们能够理解这一点,我们离终极答案就会更近一步。

我们特别关注的是意识相关神经区(neuronal correlates of consciousness,简称NCC),即可以产生任何意识体验的最小神经机制。例如,牙疼的感觉出现时,你的大脑里有哪些过程是必然要发生的?是不是一定有某些神经细胞要以特殊的频率放电?是否存在一群特殊的“意识神经元”必定会被激活?这些细胞位于大脑的哪些区域?

意识相关神经区

定义意识相关神经区——NCC时,修饰词“最小”十分重要。毕竟大脑整体就可以视为一个NCC,它每天都产生各种感受。但意识的所在地或许可以被更精确地定位。比如说脊髓,它是脊柱内一束一英尺半(约0.5米)长的神经组织,包含了约10亿个神经细胞。当一个人颈部受伤导致脊髓严重损坏后,伤者的腿部、手臂和躯干将完全瘫痪,无法控制自己的肠道和膀胱,并失去身体感觉。然而这些瘫痪病人依然能够体验生活的方方面面——他们能看、能听、能闻,拥有情绪和记忆,和受伤之前并没有区别。

我们再来看看脑干,即大脑后下方的“小脑”。从演化角度来看,脑干是最古老的脑结构之一,在运动控制、姿态调整、产生连贯动作等方面扮演重要角色。不管是弹钢琴、打字、滑冰,还是攀岩,这些行为都需要脑干参与其中。脑干中有大脑里最复杂的神经元——浦肯野细胞(Purkinje cell),这种细胞的树突数量丰富,像扇形珊瑚一样,而且有着复杂的电活动。小脑也是神经元数量最多的脑结构,约有690亿个神经元(以星形的小脑颗粒细胞为主),是大脑其他区域总和的4倍。

假如脑干由于中风或手术意外遭到部分损毁,人的意识会发生什么变化呢?几乎没有变化!尽管脑干受损的患者在生活上有诸多不便,如无法连贯演奏钢琴或敲键盘等,但他们从没有抱怨过意识受到影响。他们依然可以听、看和感受一切,拥有自我意识,能回忆和形成记忆。就算是出生时就缺少脑干的残疾人,其意识体验和正常人也没有显著区别。

也就是说,脑干的结构虽然复杂,但它的功能和主观体验无关。为什么呢?从脑干的回路结构,我们可以得到重要的线索。脑干的回路极度均一和并行,就像一节节并联的电池一样。整个脑干几乎是一个严格的前馈回路(feed-forward circuit),一组神经元连向下一组神经元,然后是再下一组神经元。脑干内没有可让神经信号来回传递的复杂环路(由于意识的产生需要一定时间,大部分理论学家都推断这与大脑回路中复杂的反馈环路有关)。而且根据功能,脑干可被划分为数百个甚至更多的独立计算模块。所有模块并行处理信号,各自的输入和输出互不影响,控制着对应的不同运动或认知系统。脑干的不同系统之间几乎没有交互,而信息交互却是意识产生必不可少的另一个特征。

回顾对脊髓和脑干的分析,我们认识到,有神经活动的部位并不一定就是意识的“栖息地”。除了神经活动,要产生意识还需要满足其他条件。构成大脑皮层的灰质就满足这些条件。灰质是拥有层状结构的复杂神经组织,展开后面积与一张14寸的比萨饼(直径约0.36米)相当。两片这样的层状组织在高度折叠后,与它们的“通信纤维”——白质一起,被包裹在颅骨内。所有已知的证据均显示,新皮层是感受的源头。

我们甚至还能进一步定位。例如,有的实验让受试者的左右眼看向不同的图像。假如你的左眼只能看到唐纳德·特朗普(Donald Trump)的照片,而右眼只能看到希拉里·克林顿(Hillary Clinton)的照片,你会看到什么呢?一种猜测是,你会看到特朗普和克林顿的某种奇怪叠加。但事实上,你会看到特朗普几秒钟,然后这幅图像会消失,克林顿的图像取而代之,再过几秒,视觉感受又会再次切换。两张照片会永不停息地相互交替,这个现象被神经科学家称为“双眼竞争(binocular rivalry)。由于你的大脑接受的视觉输入模棱两可,它无法判断这到底是特朗普,还是克林顿?

假如在做这个实验的同时,也用磁共振成像仪扫描脑部活动,你会发现此时有一系列脑区被激活了,这些区域统称为后侧热区(posterior hot zone)。这些脑区位于皮层后侧的顶叶、枕叶和颞叶区域,我们最终看到的是什么,与这些脑区的活动显著相关。有趣的是,接受并传递从眼睛而来的视觉信息的视觉初皮层,却并不体现受试者的主观所见。类似的结论可以拓展到听觉和触觉:听觉初皮层和触觉初皮层与听觉及触觉感受并不直接相关。反而是这些脑区的下游系统——那些后侧热区,与意识感知对应,例如你看到的是特朗普还是克林顿。

更有启发意义的是两类来自临床的证据:一类是对皮层组织施以电刺激,另一类是对因受伤或患病而使特定脑区受损的病人的研究。比如,在摘除脑肿瘤或是癫痫病灶之前,神经外科医生会直接对附近的皮层组织施行电刺激,以探测它们的功能。刺激后侧热区,会引起一系列感觉和感受,例如闪光、几何图形、变形的面孔、幻听或幻视、熟悉感或不真实感、移动身体某部分的冲动,等等。刺激前侧皮层则不会出现这些现象:大致来说,前侧皮层不会诱发直接感受。

另外一些线索来自20世纪前叶的神经疾病患者。当时的外科医师为了摘除肿瘤或治疗癫痫,有时不得不切掉患者的一大片前额叶皮层。令人称奇的是,术后,这些患者的生活居然没有大的变化。虽然缺失一部分前额叶对患者造成了一些不良影响:他们无法抑制一些不好的情感或行为,运动出现障碍,无法自控地重复一些动作或话语。但是一段时间后,他们的性格和智商都慢慢得到了恢复,并且安然地生活了很多年,没有任何迹象表明,前额叶组织缺失对他们的意识体验有显著影响。相反,假如后侧热区被移除,即使面积很小,也会导致患者丧失一些意识功能,如无法辨识人脸,或者无法感知运动、颜色或空间。

所以,似乎视觉、听觉等主观感觉和体验是后侧皮层产生的。事实上,就我们目前所知,所有意识体验均产自后侧皮层。那么,这个区域和前额皮层到底有哪些不同?答案我们还不知道。不过让人兴奋的是,最近的一项发现似乎暗示,神经科学家已经接近答案了。

意识测量仪

医学领域需要一种能可靠检测受伤或者无行为能力的病人是否拥有意识的仪器。例如,在手术过程中,需要对病人施以麻醉,让他们无法运动,保持血压稳定,没有痛觉和相关记忆。不幸的是,这一目标并不总能实现,在美国,每年都有数百个病人在麻醉时依然有一定程度的知觉。

另一类对象是那些因事故、感染或中毒导致严重脑损伤的患者,他们中的很多人可以生存很多年,但无法说话或是对外界的声音做出回应。在临床研究中,探测这些病人的知觉极具挑战性。想象一个宇航员漂浮在太空中,虽然能听到发射中心不断尝试与自己建立通信,但由于通话系统故障,他却无法做出回应,仿佛已经不存在于这个世界一般。这种绝望正是那些因大脑受损而无法与外界交流的患者的体验,像是在孤独无助的深渊里挣扎。

21世纪初,威斯康星大学麦迪逊分校的朱利奥·托诺尼(Giulio Tononi)和马尔切洛·马西米尼(Marcello Massimini,现任职于米兰大学)开发了一种叫做“刺激-压缩(zap and zip)的技术,用来探测一个人是否有意识。他们把一个裹有保护套的线圈放置在病人头皮上,穿透颅骨向大脑内输入一个磁脉冲信号,在所刺激区域的神经元中诱导出电信号。这个扰动信号会影响到所有相连的其他神经元——可能是激活也可能是抑制,并在整个皮层内反复回荡直到逐渐衰退。研究人员可以在病人颅骨外部用脑电图(electroencephalogram,简称EEG)记录这个过程中的大脑活动。记录到不同位置的信号变化后,我们便得到了大脑活动的动态影像。

这些影像既非有固定模式,也非完全随机。有趣的是,这些忽高忽低的大脑活动越是单调简单,大脑就越可能处在无意识状态。于是研究人员沿着这条思路,尝试把大脑活动像普通影片一样通过算法进行“压缩”,检验是否能够量化对应的“意识程度”。压缩后得到的“扰动复杂指数(perturbational complexity index,PCI)能够对大脑活动整体的复杂程度给出一个估计。研究发现,受试者在清醒状态下的扰动复杂指数一般在0.31到0.70之间,但是在深度睡眠或者麻醉状态下,会降至0.31以下。马西米尼和托诺尼对48名大脑受损但意识清醒,且能对外界作出反应的病人做了同样的测试,发现每个病人的得分都在清醒状态的范围内,与行为观察一致。

研究者接着测量了81名处于最小意识状态或植物人状态的病人。最小意识状态的这组病人仍有一些非条件反射的行为。研究显示,38名最小意识状态病人中有36名存在意识,另外2名被误诊为无意识。对于43名处于植物人状态的病人,之前的临床观察已经确认无法与他们建立沟通,但是测试结果显示,只有34名无意识,另外9名患者是有意识的。他们的大脑对扰动刺激的响应模式与清醒对照组相似,这或许说明他们依然存在意识,只是无法和亲人交流。

研究人员正在努力改进这套设备,使之能应用到临床,并且可以拓展到精神疾病患者和儿童患者。科学家迟早能够找到所有主观体验对应的特定神经机制。尽管这些进展有重要的临床意义,或许可以帮到患者的家人和朋友,但它并无法回答一些更根本的问题:为什么是这些神经元而非另一些神经元产生了意识?为什么放电频率是这个值而非其他数值?实际上,真正的谜团在于,具有复杂结构的组织为什么能够产生意识感觉,以及它是如何做到的?毕竟大脑和心脏、肝脏等器官一样,也受物理定律支配。那大脑的特殊之处在哪里呢?大脑究竟是通过什么生物物理过程,让一堆灰质产生美妙旋律和缤纷图像的?

一个令人满意的终极意识理论需要指出,任何一个物理系统(可以是神经元组成的复杂回路,也可以是一块芯片上的电路)在什么条件下可以产生意识。还要能够回答,为什么不同的感觉之间存在差异?为什么蓝色的天空和音调不准的小提琴给人的感觉不同?不同感觉之间存在差异有意义吗?如果有的话,意义是什么?终极意识理论应该能够推断,哪类系统可以拥有感受。假如理论不能给出可验证的预测,那任何关于机器意识的讨论只能停留在直觉层面,而科学史告诉我们,这通常是不可靠的。

两种意识理论

目前有两种最主流的意识理论,科学家围绕着它们展开了激烈的辩论。一个是全局神经工作区(global neuronal workspace,简称GNW)理论,由心理学家伯纳德·J·巴尔斯(Bernard J. Baars)和神经科学家斯坦尼斯拉斯·德阿纳(Stanislas Dehaene)与让-皮埃尔·尚热(Jean-Pierre Changeux)提出。该理论是基于这样一些实验观察,当人对某事物有意识时,大脑中多个不同的区域均会调用该信息。相反,假如人无意识地做一些事,这些信息只会被特定的感官和运动系统调用。例如,当你打字速度很快时,你的手指会无意识地按下不同的键。假如有人问你是怎么做到的,你很难回答,因为你几乎没有意识到这些信息,它们只存在于从你的眼睛到手指的大脑回路中。

GNW理论认为,意识源自一类特殊的信息处理过程,其思路与早期的人工智能研究相似,认为不同功能的程序可以共享一个小的信息库。不管这块“黑板”上新添了什么数据,后续的一些子过程——如工作记忆、语言、计划模块等都可以使用。大脑记录的感官信息会被多个认知系统使用,如语言、形成或调取记忆、执行动作等。GNW理论认为,就是在数据被广播至整个大脑的多个认知系统时,意识出现了。

由于记录感官信息的“黑板”空间有限,在任意时刻,我们只能意识到很少量信息。该理论猜测,负责传播信息的神经回路位于额叶和顶叶。当被这个神经网络广播后,感官信息就能被全脑的各个系统访问,进入人的“意识”,即能被主体意识到。尽管现在的计算机还没有如此复杂的机制,但这仅仅是个时间问题。GNW理论认为,未来的电脑将会拥有意识。

而由托诺尼和他的同事——包括我在内——提出的信息整合理论(Integrated information theory ,简称IIT)有着完全不同的出发点——体验本身。每个体验都有一些重要的属性。首先它是内在的,只对拥有者本人存在;它有一定结构,例如“黄色出租车因棕狗穿越街道而刹车”;而且它还是独一无二的,与任何其他意识体验都不同,就像电影里不同帧的画面一样。更重要的是,它是统一且具体的。当你在一个阳光明媚的日子,坐在公园的长椅上看孩子们玩耍时,这种体验的不同部分——吹过头发的微风,听到孩子笑声时的喜悦——都无法被单独分开。体验若被拆分,便也不复存在。

托诺尼猜测,任何拥有内部结构,包含一系列因果关系且相互作用的复杂系统都具有上述特点,也都具备一定程度的意识。感觉是从系统内部产生的某种东西。但假如是像脑干一样的结构,不具备复杂的整合技能,就不能算是有知觉。IIT理论声称,意识是任何复杂系统都拥有的内在因果力(intrinsic causal power),人脑只是一个例子。

根据内部相互作用结构的复杂性,IIT理论还导出了一个非负数Φ,用于衡量意识水平的高低。Φ为0代表系统不存在任何自我意识。而Φ越大,则意味着系统的内在因果力越强,意识水平也越高。大脑的内部结构十分复杂,拥有数目巨大的特异性连接,因此Φ值很大,具有比较高的意识水平。IIT能解释很多观测到的现象,例如,为何脑干对意识影响很小,以及为何“刺激-压缩”测量是有效的(该方法计算出的数值可以认为是对Φ的粗略估计)

IIT理论还预测,用电脑模拟人脑活动是无法产生意识的,即使程序能骗过我们,以无法和真人区分的形式与我们用语言交流。就像用电脑模拟黑洞附近的巨大引力场,并不会真的扭曲电脑周围的时空一样,用程序模拟意识并不能产生一台拥有意识的电脑。意识无法被计算出来,它是系统结构自身的一种属性。

未来仍有两个挑战需要解决。其一是利用日新月异的新工具,对大脑中数量巨大且功能各异的神经元进行测量,这样我们才能真正找到意识的神经机制。由于中枢神经系统十分复杂,这可能需要数十年的努力。另一个挑战是,证明或证伪目前最主流的两种理论,或者根据两者各自的合理部分,提出更好的新理论,解释关于自我存在的最重要问题:为什么一块像豆腐一样的三磅重的器官,可以产生意识,让我们感受到生命的存在? 

本文来自微信公众号:环球科学(ID:huanqiukexue),作者:克里斯托弗·科赫(Christof Koch),美国艾伦脑科学研究所(Allen Institute for Brain Science)所长兼首席科学家

这部喜剧版《黑镜》让我明白,没钱还真的不敢死

本文来自微信公众号:爱范儿(ID:ifanr),作者:方嘉文,题图来自:《上载新生》

在科幻片中,我们能看到不少针对意识的抽离与上传概念的探讨。

单单是《黑镜》,就曾多次讨论这个问题。在《白色圣诞》中,人的意识副本就被用作人类正本的个人助理,背后的代价是折磨和操控;堪称《黑镜》系列中最温情的《圣朱尼佩洛》,则创造了在人过世后可安置其意识的天堂。

《圣朱尼佩洛》中的虚拟世界

亚马逊的新剧《上载新生(Upload)》和《圣朱尼佩洛》有点像,它将背景设置于 2033 年,并假设届时人类已经找到扫描意识的方法。

人在将死之时,可选择用传统的方式死去或上传自己的意识,在一个虚构世界里活着。其中,Lakeview 是市面上配置最好的逝者虚拟世界。在生的人也可以戴上 VR 头设进入这个虚拟世界,和去世的亲人互动。

男主女友进入虚拟空间,和死去的男友一起准备其葬礼

不过,《黑镜》的故事虽然充满警世意义,但作为单元剧,那些故事通常以窄视角来将我们吸到角色故事中,背景只是淡淡地衬托。

这也是《上载新生》和它们不同之处,(至少)在第一季,故事就花费不少笔墨描绘了未来的社会设定。更重要的是,它不仅充满了对现时技术发展和社会的反思,同时,还是一部可以让人笑出声的喜剧。

(剧迷提示:以下包含部分剧透,但我会尽量不往故事主线核心走。)

哈哈哈地看科技伦理讨论

因为故事定在了 13 年后的近未来,不少技术的猜想都和我们现时对技术的讨论相契合,但以更轻松的讽刺喜剧情节来呈现。

譬如,自动驾驶。

理想状态下,解放了开车的双手,通勤时间我们可以休息、享受娱乐或者是学习提升自我。但也有人提出,自动驾驶反倒会让工作进一步入侵我们的生活,从前的通勤,在自动驾驶语境下就变成可(bei)(po)处理工作的情景。

男主 Nathan 是一名程序员,在自动驾驶车上第一幕就是被生意伙伴追着改代码。改完一部分后,Nathan 就坚决拒绝继续工作。

我们以前的文章也讨论过,汽车的驾驶座没了,车子室内空间也大了,很可能就成为移动的卧室。

至于在危险情况下,自动驾驶汽车应该保护车主还是行人这种更偏伦理道德的讨论,故事给出了自己的答案 —— 决定权在车主手里。而且,故事中的情景并不是我们此前讨论那种必须二选一的两难困境,而只是平常的驾驶。

这也意味着,未来的马路上,路人并没有任何话语权。然而在行人差点被撞飞后,Nathan 女友还理直气壮地说了一句:我更在乎我们。

除了汽车,未来的单车也有自动导航功能,一人用完了自动去到接近下一个用户的地点。

有趣的是,在现实生活中,美国出行公司 Lyft 虽然也在研究自动驾驶,但其实却是Uber 已经在着手将自动驾驶技术应用到电动车和滑板车上了。

在购物方面,未来的便利店不仅没了收银员,导购员也消失了。走在货架旁,不知从何而来的一道光扫你一下,就能测出你身体所缺的营养物质,并给出购买建议。

这看起来很不错耶,是吗?

直到有一天你得去买避孕套。

而在吃方面,未来 3D 打印机将成为微波炉一般普及的工具。从正餐到咖啡饮料,3D 打印机都能随时打出来。

想吃名厨 Jamie Oliver 设计的菜式?在 Twitter 上下载就行!

前提是,你的脂肪墨盒得装满,而且,确保你用的打印机是谷歌三星牌的哦。出人意料的是,看似高科技的 3D 打印食物是穷人的食物,只有有钱人才吃得起非合成的真正食物。

除了谷歌、三星,故事里还预测未来大批我们熟悉的巨头们会跨界合并,推出各种奇怪服务。

英特尔和肉类公司 Oscar Mayer 合并了,而诺基亚则搭上了快餐连锁塔可钟(Taco Bell),今日王者 Facebook 居然被连锁面包品牌 Panera 收购了。这些新巨头们都分别推出了什么?大家可以自己看剧慢慢发掘。

在联网的未来世界里,算法推荐依旧是第一王道。不过,显然在十多年后,我们还是没有解决人工智能的偏见问题。

所以在约会(pao)软件上,亚洲女孩只能配对上餐厅员工和瘾君子。

而在 Lakeview 里的服务 AI 虽然乍一看都长一个样,但它们却拥有各不相同的刻板印象特质:慌张的餐厅服务员、势利的宾客部、疯狂挑逗男主的服装部员工。

总的来说,该剧在介绍完炫酷的科技后,都会补一刀吐槽。

没钱,真连死都不敢

讲完了外部世界,接下来让我们讲讲虚拟世界吧。

一方面,虚拟世界 Lakeview 的确很天堂,因为平时为了健康忍口的 Nathan 终于能放心开吃在现实生活中热量爆炸的枫糖浆培根甜甜圈。

前提是,你得在早餐时间内吃,否则时间一到一切都会消失。

Lakeview 就跟酒店一样,在早午晚餐自助餐时间,包餐用户如 Nathan 能免费吃上东西。但如果想额外点餐,或是想吃房间小冰箱的东西那就得另外付费 —— 应用内购买。

事实上,在 Lakeview 里大部分休闲娱乐活动都要钱。

草坪所有人都能去,但要打高尔夫球,先得几百上千美元来买球杆。

如果你富裕如 Nathan 的新朋友,那你还能边打高尔夫,边唤出生前结怨的顶级高尔夫球手来为你鼓掌。

不止休闲活动,连生病都成为了一种服务。Nathan 邻居因为健康久了太无聊,开始按分钟付费体验感冒,如果想打喷嚏?麻烦支付 1.99 美元。

看到这里你也许会想,这里的人都死了,他们哪里拿真美元来支付 Lakeview 的应用内购买?

虽然故事没直说,但我认为富豪大爷之类可能生前就设好了账户,而那些原本就没法获得收入的人更多是依赖家庭支持。

譬如,意外身亡的男孩上载意识的时候只有 13 岁。他的妈妈因为想念孩子,多年来都不让他的形象成长,长久保持在她回忆中的模样。

男主 Nathan 也因家境不好,无论是上载本身还是在 Lakeview 的日常消费,都挂靠在富家女友的银行账号上。一惹毛了对方,分分钟可能被删除。

这不得不让人反思,到底这上载是为了逝者的继续生活,还是为了他们活着的亲人的心里好受些?

只要涉及到了钱,就会有阶级分化。

在 Lakeview 的底层,住着一群被称为2G 族的住客。

当你的存在基于数据,那流量就是你活动的基础。2G正如其名,一个月只有 2G 流量,用完了他们就会冻结。他们看不到美丽湖景,只能望着窗外的蓝屏。

所有书籍、食物、衣服都只能用最基本的免费版。因为书籍只能试读前几页,这男孩一直不知道原来《哈利·波特》里有魔法。而且,小脑袋一转,流量就会流走。

是的,穷苦 2G 族不仅没有物质生活,连思考都不能太活跃。

更可怕的一点是,在 Lakeview 里,无论是有钱人还是 2G 族,他们都没有在虚拟世界里创造收入的权利,没有自力更生这一说法,一切只能依附外部世界。

这些人生活再怎样糟糕,他们至少都是能给得起进入 Lakeview 费用的人,但在现实世界中,很多人可能一辈子都买不起永生的门票。

在现实世界中,有组织抗议企业对永生的封闭,认为死后被上载应该是基本人权。

因此,当一家新的虚拟永生空间即将开业,限量放出免费入场名额时,一位母亲抱着才 14 个月大的婴儿在店外排队:这是他唯一一个能获得永生的机会。

但一个没有任何生活经历的婴儿,被上传后又能过怎样的生活?

可见,科技很可能不会成为让每个人都拥有创造力的工具,反倒会成为富人专享的阶级固化壁垒。

这个世界那么糟糕,为什么我还是想看?

这个故事设定的世界糟透了,为什么我还是忍不住想看?因为它实在太仿真了。

除了多种都能在生活中都能找到原型的设计,这些看似高大上的技术里,也藏了各种各样的 bug。就跟你小时候打游戏有挖掘和学习ABAABB的快乐,我们的主角和朋友们都是挖 bug 小能手。

他们不喜欢那个世界,虽然没有强大的工具,但也在以自己的方式去改变。

看着 2G 族悲催的 Nathan,想去自助餐偷食物来给他们(剧透:最后并没有做到);退役军人 Luke 则是 Lakeview 世界头号羊毛党,创造性地利用 bug 去吃吃喝喝喝,到处玩乐;一直被卡在 13 岁的 Dylan 也不认命,闯入灰色市场找新出路。

我单方面宣布 Luke 是 Lakeview 首席羊毛官

这些不合群的失败者,死后还充满对更好生活的向往,我当然想看他们是怎样杀出一条新路的。

我之所以一直在强调该剧的喜剧性质,是因为我认为喜剧是一种非常了不起的传播工具。在接触陌生的概念,或是生活和我们截然不同的人群的相关信息时,喜剧能将这些内容友善化,让人人性化,更容易激发同理心。

大部分人都不想坐着听人分析商店里一扫就能知道你购买需求的技术的潜在危害,但大多数人在看到买避孕套一幕的尴尬时,都能笑着体会这看似无害的技术,还是有点不妥。在哈哈哈之后,也许会对科技有更多思考。

这让该剧成为了特别友善的科技伦理头脑风暴糖果。

最后,再说一个挺有趣的点,那就是这部剧的投资方 —— 亚马逊。

Jeff Bezos 警告

如果未来真的能有 Lakeview,那它一定是托管在全球最大的云服务商 AWS 上吧!再加上那一个个被 Luke 称为“比我们更懂我们”的广告推销。

嗯,是内味了。

本文来自微信公众号:爱范儿(ID:ifanr),作者:方嘉文

电子有自己的意识吗?离奇但又有道理的“泛心论”|电子

泛心论学家考察了自然界这把“梯子”上的每一根“梯级”,结果发现,“有思想”和“没有思想”之间并没有明显的分界。 泛心论学家考察了自然界这把“梯子”上的每一根“梯级”,结果发现,“有思想”和“没有思想”之间并没有明显的分界。

新浪科技讯 北京时间5月20日消息,据国外媒体报道,《新科学家》期刊这个月的封面标题为“宇宙有自己的意识吗?”数学上对“意识”的确切定义可能意味着宇宙中充满了主观体验,“这可能是一场科学革命的开始。”

德国慕尼黑数学哲学中心的数学家和物理学家约翰内斯·克莱纳(Johannes Kleiner)指出,以意识的整合信息理论为重点,是当今最主流的意识理论之一,整合信息理论是一种彻头彻尾的泛心论,因为所有整合信息都至少拥有一点儿意识。

有些人也许会将泛心论的崛起视作“哥白尼趋势”的一部分。该理念认为,我们并没有什么特殊之处,地球并不是宇宙的核心,人类也不是造物主的珍贵之作,甚至称不上生物进化的巅峰。既然如此,我们凭什么认为只有拥有大脑的东西才具备意识呢?事实上,泛心论作为“身心难题”(mind-body problem)的解决方法之一,已经有了数千年的历史。

泛心论有许多不同的版本,其中一种叫做“构成性泛心论”(constitutive panpsychism)。简单来说,它认为所有物质都拥有某种与其相关联的“思想”或“意识”,反过来亦是如此。哪里有思想,哪里就有物质;哪里有物质,哪里就有思想。两者之间密不可分。正如现代泛心论学家指出的那样,所有物质都有一定的感受能力,只不过大部分物质的感受能力都相当低级。

泛心论学家考察了自然界这把“梯子”上的每一根“梯级”,结果发现,“有思想”和“没有思想”之间并没有明显的分界。哲学家托马斯·内格尔(Thomas Nagel)曾在1974年提出过一个著名的问题:作为一只蝙蝠是什么感觉?利用回声定位自由飞翔又是种什么感受?我们还无法得出确定的答案,但可以从蝙蝠的复杂行为、以及和哺乳动物与人类之间的近距离亲缘关系中做出有依据的推断:蝙蝠拥有丰富的内心世界。利用这种逻辑,我们便可以逐步降低观察对象行为的复杂度,并据此推断出,所有类型的物质都有某种与之关联的思想,甚至包括最低级的电子在内。

虽然无生命物质不会像生命物质那样进化,但它们也有自己的行为活动,受力时也能做出反应。电子的运动方式在不同实验条件下也有所不同,这让物理学家们不禁思考,电子或许也有某种极为低级的思想。例如,著名美国物理学家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)就曾在1979年出版的《宇宙波澜》(Disturbing the Universe)一书中指出:“人类的意识过程与电子选择量子态的过程之间的区别仅在于程度、而非类型。”另一位著名美国科学家戴维·波姆也发表过类似意见:“有活动能力是思想最标志性的特征,而电子已经呈现出了类似于思想的表现。”

许多生物学家和哲学家都认同,生物与非生物之间并不存在明显的界线。著名英国生物学家霍尔丹也支持这一说法:“我们并没有在所谓的非活性物质中发现明显的生命或思维迹象……但如果相关科学观点正确的话,我们迟早能找到至少是最低级形式的思维迹象,并且这样的迹象遍及宇宙各处。”

量子理论奠基人、丹麦物理学家尼尔斯·玻尔指出,“生命和机械的定义……其实只是出于方便起见……假如我们将生命的概念扩展到全部自然现象上,而不对生物与非生物做严格区分,物理学在生物学中所受的限制也就失去了意义。”

地球历史上是否有过一个明显的时刻,突然从无生命状态变成了有生命状态,就像掀动了开关一样?答案是“大概没有”。

理论物理学家萨比娜·霍森菲尔德则持相反观点。“要想让粒子有意识,它们最起码要有改变能力。”她在一篇名叫《电子不会思考》的帖子中指出,“如果思想一成不变,就很难拥有内心世界。但如果电子可以思考的话,我们应该早就在粒子碰撞实验中观察到这种现象了,因为这会改变碰撞中产生的粒子数量。”

不过,“改变”可能有许多不同的含义,包括空间位置随着时间而改变等等。戴森在关于电子和量子理论的评论中指出,量子实验中得出的概率分布结果最好被解释为某个电子在某个时刻做出的选择造就的产物,而不是单纯的巧合(也就是“我们不知道怎么回事”的另一种说法)。

泛心论从基础层面上重新设想了物质的本质,认为电子、原子和分子等一切实体都至少拥有一点点体验和一点点意识。乍一看,这种观点似乎颇为离奇,但它说得其实非常有道理。

电子并不是只会在时空中一成不变地运动的东西,而是一连串重复的电子,每个电子之间都十分相似,却又并非完全相同,每一次重复都稍有变化。不存在完全静态、一成不变的电子。而电子每次重复时,与前一个电子的差异大小便由粒子的选择和思维来决定。在生物进化的过程中,这种选择不断向上累积,最终构成了人类和其它哺乳动物所拥有的的复杂思维和选择能力。

许多现代思想家都在不同程度上接受了怀海德的思想和泛心论。还有人想将这些纯哲学性思考化为实验测试,让哲学领域的泛心论更坚实地扎根到科学领域中。

所以,在现代物理中,电子还有很多“思考”的空间。(叶子)