意识的哲学、生理及智能属性研究
2020-10-23 07:46:21
  • 0
  • 3
  • 3

来源:人机与认知实验室 

摘要:意识问题一直是各个领域最棘手的难题。本文将从意识的哲学属性、意识的脑属性和意识的智能属性三个角度,分别研究意识研究领域中主要观点与所遇困境,并在文章最后介绍目前已有的意识理论与模型。

关键字:意识,哲学,大脑,智能

一.引言

意识问题是目前尚未解决的重大问题之一。我们可以上天入地,却不知道头颅内发生的事情。几个世纪以来,人们从没有终止对意识问题的探索。无论是哲学,神经科学,还是人工智能领域的专家教授,都对意识问题进行了深入的探索与研究。马克思·威尔曼斯(Max Velmans)[1]曾经提出著名的意识5大问题:(1)意识是什么,它位于何处?(2)如何理解意识与物质之间的因果关系?(3)意识有什么功能?(4)与意识相关的物质形式是什么?(5)检测意识的最恰当的方式是什么?可以这么说,这5大问题基本概括了所有意识研究的方向。但找到方向只是最初的一步,目前意识研究领域还属于“百花争鸣”阶段,如伯纳德·巴尔斯(Bernard Baars)等人提出的意识的全局工作空间理论,加来道雄(Michio Kaku)提出的意识时空模型,朱力奥·托诺尼(Giulio Tononi)提出的整合信息理论等(将在3.4介绍),尚没有大家公认的意识模型或理论。还有学者出于研究的难度或者其他种种原因,认为意识没有深入研究的必要。比如学者约翰·霍甘[2](John Horgan)悲观地预测人类永远不可能完全了解意识与心灵。

本文将总结意识研究领域中的理论和实验成果,并着重探讨意识与脑,意识与智能之间的关系。在本文的第一部分,我们将主要讨论意识的哲学属性。第二部分介绍意识的脑属性。第三部分介绍意识的智能属性,并在最后介绍意识模型与理论。

二.意识的哲学属性

哲学家似乎对意识问题情有独钟,在他们眼中,我们是谁,世界是什么,我和世界的关系问题显得十分重要。在本节中,笔者试图从身心二元论,意识的涌现和还原论,自我意识三方面来研究意识中的哲学问题。

2.1一元论与二元论

一元论与二元论问题历来是哲学家争论不朽的战场。一元论者认为物质与意识本质上是一种物质,不同的是,二元论者认为实在有两种截然不同的事物构成-意识和物质两者是分离的。

早期希腊哲学家赫拉克利特[3](Heraclitus)曾说:事物之间的平衡与对立使得宇宙成为一个统一的整体,世间万物都是由某种单独的基本过程或是基本物质的组成部分,而这正是一元论的核心宗旨。

希波克拉底[4](Hippocrates)认为脑是我们所有思想,感受和观念的基础。

柏拉图认为人被分为两个部分,即肉身和灵魂。身体掌管感官知觉,灵魂掌管理智。这为身心二元论的成立奠定了基础。值得一提的是,他的观点被《新约》吸纳,并被全世界许多宗教广泛分享。

他的学生亚里士多德[5]提出了质疑,驳斥了老师的人类灵魂独立性的观点,认为思维是肉体的形态或功能。

如果说柏拉图(Plato)提出了二元论的雏形,那笛卡尔[6](Rene Descarte)就是真正提出二元论的人。他提出:思维和身体永远是不同的实体。阿维森纳支持笛卡尔的学说,并说道:灵魂有别于肉体。

笛卡尔二元论一经提出,立即遭受到全世界哲学家的刁难与批评。阿奎纳:本我所思考的与本我通过感官知觉感知到的是完全一致的。伟大的哲学家吉尔波特·赖尔(Gilbert Ryle)[7]曾经说道:二元论是一种“范畴错误”。并且将二元论者口中的自我称为“机器中的幽灵”,表明人类无需借助这一“幽灵”,照样能理解和生存于这个世界之上。而且其它哲学家指出,笛卡尔没有说明身体和思维的来源,只能求助于神来帮助,这样主观二元论又滑落到客观一元论的范畴之中,这是不可原谅的错误。

托马斯·霍布斯(Thomas Hobbs)也于1655批判笛卡尔,认为其学说是胡说八道毫无意义的。相反,他所著《利维坦》[8],认为人类是纯粹物理性的,心脏是一根弹簧,神经是一串串细绳,关节是轮子,上述部分共同工作令身体运作起来。他还认为,精神传递着身体所需的各种信息。

贝鲁赫·斯宾诺莎[9](Baruch de Spinoza)认为人类可以了解两种属性:延伸的属性和思想的属性,因此被人们称为“二元属性主义者”。

乔治·贝克莱[3](George Bakley)为纯粹一元论者的。他认为物质实体不存在,即使外在肉体存在,我们也无法得知。世界都是由观念组成的。梅洛·庞蒂(Maurice Merleau-Ponty)[3]在《知觉现象学》说明心理和身体不是独立分开的个体。否定了二元论的观点。

威廉·詹姆斯[10](William James)认为:心智事件和物理事件并非是某个根本实体的不同方面,而仅仅是解析被觉知世界的不同方式。

约翰·埃克勒斯[11](John C. Ecclers)和波普尔(K. Popper)在《自我与大脑》提出了三个世界的本体观,第一个世界是物理世界,第二个世界是意识世界,第三个世界是客观的文化与知识的世界。这也表明了他们的身心二元论的观点。

由此可见,二元论和一元论的观点均有着很鲜明的时代特点,而且很难分出孰是孰非。虽然身心二元论的观点在科学界被排斥在主流观点之外,但仍然广泛存在于宗教与文学作品中。身心一元论虽然被学术界与哲学界广泛接受,但其中物质和意识的区别并没有详细阐明,究竟意识何去何从,这就涉及到我们下面要讨论的还原论与涌现论的观点。

2.2涌现与还原

涌现一词字面意义即指很多个单一要素组成整体系统后,出现了系统组成之前单个要素所不具有的性质。整体大于部分之和中,多出的部分就是涌现性的体现。而还原性则是指系统的所有功能可以还原为组成系统的各个元部件各自的贡献。

20世纪初,布罗德[1](C.J. Broad)曾经说道:物质主义有三种,激进,还原和涌现。激进者宣称意识根本不涉及到任何事物,还原论者相信意识只不过是脑状态,涌现者相信意识是脑的高阶状态。

尤琳·普莱斯[1](Ullin Place)认为一旦我们知道脑状态导致了意识体验,一个有意识的体验就可以被还原为给定的脑状态。

哈德卡斯尔[1](Hardcastle)认为意识可以被还原,那些认为不可还原的理由是站不住脚的。

涌现的思想可以追溯到亚里士多德:整体不同于部分之和,与如今的涌现含义很是接近。约翰.霍兰德[12](John Henry Holland)认为涌现是复杂系统的属性之一。赖安(Ryan)则认为,涌现和认识论相关,不是从本体论的立场出发,这样就会产生涌现不可知论。

19世纪-20世纪,涌现这个问题集中在生命领域。生命的化学规律和物理规律令人疑惑,究竟一个个小小的细胞究竟如何构成人体复杂的行为,又是如何让我们每个人都与众不同?随着克里克(Francis Crick)等人破解了DNA的双螺旋结构,人们顿悟到一个小小的细胞竟然蕴涵着那么复杂的结构。现在人们逐渐明白,生命是一种涌现现象,一切的生命现象皆来自身体内的分子与分子之间的相互联系。那么意识呢?是否也一样可以被还原呢?

举例来说,如果一个人相信意识的涌现性,那他必定会认为意识可以还原为各个神经元的相互作用。如果深入研究下去,那是否只要神经元存在交互作用,就可以产生意识,还是应该存在一个意识涌现的临界点,超出这个阈值,就可以有意识。

本杰明·里贝特[13](Benjamin Libet)提出,意识是一个涌现场,有能力否决由脑前意识计划和准备的行动。

约翰·赛尔[14](John Searle)说到:意识是脑神经活动导致的,并且不过是这种活动的高阶,涌现的结果而已。

我国学者张世民也曾说:在任一具体情景内,从一切可能的刺激信号S到一切感觉事件M的集合,存在至少一个二元关系R,可以定义心智结构R许可的行为集合B。R在B内任一子集进行选择,将所取的元素呈现给更高的心智结构(意识),这就是所谓的涌现。

除了涌现与还原,还有一派学者相信,物质既不可还原,也不可涌现。代表人物为莱布尼茨[15](Gottfried Wilhelm Leibniz),他曾说道:单子是简单的,没有组分。复合物是简单物的聚合。意识研究专家科赫[15](Christof Koch)也赞同这样的观点。他认为意识是生命物质的根本属性,不可能源于任何其他物质。

在笔者看来,涌现这种说法显得有些随意,究竟是如何取舍,又是何时取舍,舍弃的机制与原理是什么呢?这些最重要的问题并不能用一句涌现来表示。

无论是涌现论还是单子论,意识的来源问题始终没有得到解决。或许正如托马斯·内格尔[16](Thomas Nagel)曾经感叹的那样:“正是由于意识,心身关系才使人倍感棘手……如果没有意识,心身关系问题将变得索然无味;而一旦有了意识,它又成为一个使人感到希望渺茫的问题。

三.意识的脑属性

其实,在生物与神经科学领域,意识之谜一直是大家探索的焦点。正如苏珊·格林菲尔德[17](Susan Greenfield)所说的那样,大脑是一个令人琢磨不透的器官。它是唯一能自我观察,而且能沉思它的内在工作的器官。那究竟脑是整体产生意识,还是局部产生意识。意识和脑内神经元的数量有无关系呢?这节我们来探讨这个问题。

3.1 意识的整体与局部之争

对大脑的研究早已开始,早在1633年,数学家,哲学家笛卡尔(Rene Descarte)就在自己的著作中《沉思录》表明了自己的身心二元论的观点。更为重要的是,他认为松果体是意识的栖息之所,原因如下:松果体是大脑内唯一不对称的部位(在他那个年代看来是这样的),所以必须是灵魂的位子,而且松果体小,轻,易于移动,虽然其它部位也具有类似的特点,但不是因为位于大脑外侧就是可以分为两瓣,所以是不合适的候选。在笛卡尔看来,意识仅仅存在于松果体。

在笛卡尔去世后,很多人出来抨击其为伪科学,禁不起推敲。其中比较著名的有威利斯(Willis):动物也具有松果体,但并没有人这样的想象力与高级能力。还有思丁森[3](Steensen):笛卡尔的解剖学的基本假设是错误的,他几乎不懂大脑。可见,笛卡尔的松果体并没有作为主流学说流传下来。

19世纪初,法国生物学家佛罗昂[18](Jean Pierre Flourens)曾做过实验:摘除动物脑的不同部位,观察脑功能的改变。结果发现,拆除脑的不同部位后,所有功能均减弱,因此,他得出结论:不同的意识功能不可能位于脑的特定部分,脑结构是均匀的,并以整体方式工作。

19世纪下半叶,布罗卡[18](Paul Broca)和韦尼克(Carl Weinicke)通过对病人的研究,发现大脑中特定部位的损伤与某种意识行为的障碍有关。如果整体论是正确的,那某一特定区域受损并不能影响到意识。布罗卡和韦尼克的实验也极大程度上动摇了人们对整体论的相信程度。

大卫·米尔纳[18](David Milner)和 米尔韦恩·古德尔(Melvyn A. Goodale)通过一系列大脑实验,于1992年提出双视觉信息流通路,一条为背侧通路,把视网膜输入转化为动作。另一条为腹侧通路,专门司职有意识的视觉信息,这位后来的意识分析提供了很大的启示。

美国神经生理学家罗杰·斯佩里[19](Roger Sperry)通过手术切除了癫痫病人的胼胝体,缓解了癫痫病人的症状,但是他发现了一些异常。有一个病人想用一只手拥抱他的妻子,却发现另一只手在做完全不同的事情,他递了一个钩子到她的脸上。他设计了著名的裂脑人实验,并经过反复的观察与分析得出结论:左半球和右半球可能是同时有意识的,两种思维是不同的,思维的体验是平行运行的。

科赫[20]曾经说过,皮层及其附属结构的局部属性调节意识的特定内容,反之全局属性对于维持意识是关键的。

马尔斯伯格[21](Von der Marlsburg)曾经说脑可以通过锋电位发放的时间同步化来标记相应的神经元集群。

直到今日,很多人还在认为大脑是以整体的,格式塔式的方式工作,但不可否认的是,大脑在某些局部区域仍然对于意识有着极其重要的影响。

3.2 意识产生的部位

1967年.美国国家精神健康研究院的医生保罗·麦克莱恩[22](Paul McLean)为了了解看似随机的大脑结构,把大脑分为三个部分。即爬虫脑,哺乳动物脑与大脑皮质。爬虫脑包括脑干,小脑和基底核。哺乳动物脑包括杏仁核,海马,丘脑在内的边缘系统。而大脑皮层则包括我们大脑皮层的额叶,枕叶,顶叶与颞叶4部分。

首先,在爬虫脑中,脑干和小脑对于意识有什么作用呢?

到目前为止,神经科学已经积累了大量的数据与案例,这些数据是建立在对不同部位脑损伤的研究之上。研究发现,小脑对于意识的贡献几乎没有。小脑是负责无意识运动的重要一环,如果小脑负责意识的产生,那小脑的效率将会极大程度降低,这显然是不被允许的。这也从侧面证明大脑中神经元数量与意识并不成正比关系。小脑的神经元数量是大脑的越4倍,是脑中最多的部位,若果两者关系成正比,占大脑近80%的神经元应该产生最大程度的意识,事实并非如此。

那脑干与意识有何关系?脑干与小脑不同,它主要负责维持个体生命,包括心跳、呼吸、消化、体温、睡眠等重要生理功能。丹尼尔·博尔[4](Daniel Bor)曾经说道:意识最为重要的区域是脑干网状结构,它通过一系列复杂的分区控制着睡眠与觉醒周期。但他同时举了个例子,没有电源,电脑无法开机,但能说电源就是电脑最重要的一环吗?同理,脑干的网状结构对于意识形成不可或缺,但不能就此下结论意识在这一环节产生。

最近,美国科学家穆罕默德·考贝西[23](Mohamed Combesi)和其同事研究癫痫症时,偶然发现在以一定频率刺激大脑某个特定区域时,患者进入睡眠状态,可撤去刺激时,恢复意识,并且不记得刚才发生的事情。他们经过反复测试发现,这个部位是屏状核,是大脑中心下方一个较薄的神经组织。他们做出猜想:屏状核是大脑意识中非常重要的部位,负责整合意识,进而产生了情感,思想等。这项研究发表于2014年《新科学家》。

哺乳动物之于爬虫类生物,最大的进化之处在于边缘系统,而边缘系统主要司职情绪与情感,主要包括丘脑,杏仁核,海马等部位。

丘脑大面积受损就会成为植物人,与昏迷不同,这时的患者仍然可以睁眼醒来,这表明脑干结构保持完好。

尼古拉斯·施弗[15](Nicholas Schiff):通过大量的实验做出假设:中央丘脑和通向中央丘脑的输入和输出通路对于意识是及其重要的。

科赫[20]认为意识的促成因素之一为丘脑的五个板内核的集合。左右丘脑板内核中不足一块方糖大小的损伤,就能导致意识的消失。

众多文献表明,丘脑对意识形成联系更为密切,位于脑干上方,其神经元可以从所有脑区发送信息,也可以接受信息。丘脑的作用不仅仅是信息的中转站,而对于信息也起到过滤和组织的功能。

海马对于意识的影响呢?考虑一下海马受影响时患者的表现情况。1957年斯科维尔(Scoville)和米尔纳(Milner)[24]报告了神经心理学中很重要的一个病例H.M。患者的双侧颞叶一部分被去除,其中包括双侧海马体,病人呈现出明显的记忆遗忘特性,不能记住新的事物,但能记住运动技巧。如果与他正常交流,并没有发现意识上有很大的问题,据此,克里克(Crick)推断说:海马体并不是意识的必须部位。

再进一步,意识是不是产生于新大脑皮层呢?

首先是枕叶区的初级视皮质,休博尔(Hubel)和维塞尔(Wiesel)[25]在1958年的猫视觉皮层实验中,首次观察到视觉初级皮层的神经元对移动的边缘刺激敏感,并定义了简单和复杂细胞,发现了视功能柱结构。从此以后,人们对初级视皮质进行了很多的探索研究。20世纪90年代中期,尼克斯·罗格赛迪斯[26](Nikos Logotheis)对猴子进行双眼竞争实验,给左眼呈现一幅人脸图像,而右眼呈现的是房子的图像,测试结果表明被试的猴子是先看到房子,再看到人脸,依次循环。

这个实验结果很有意思,作为初级视皮质,应该同时捕捉到二者的信号,可却出现了不同时的效果,据此,他认为初级视皮质对意识作用不大,之所以V1受损,视觉丧失,是因为它是主要的视觉中转站,与意识无关。

科赫[20]也支持这种观点,他提出我们眨眼的频率为15次/分钟,那么基本上每分钟我们的视觉信号就被阻断15次左右,意识是不是也就此被阻断呢?很显然,情况并不如此。我们的意识没有倍阻断,我们很少意识到自己在眨眼,毫秒级别的时间空隙被V1更高级的皮层所补充扩展,很显然,这是V1力所不能及的。

再深入一点,其它的皮层与意识的关系呢?

塞米尔·泽基[27](Semir ZeKi)曾经说过:大脑中存在主节点的概念,即如果一个颜色主节点损坏,这个人丧失对颜色的捕捉能力,但不影响到其它的意识与知觉。按照他的说法,MT是随机点运动知觉的主节点。V4区是颜色知觉的主节点。

达马西奥[24](Antonio Damasio)指出,在人的颞叶靠近头后部的损伤与前部的不同,后部与概念性东西有关,前部与特定时间有关。实验证明:比起右侧颞叶发作来说,左侧颞叶或双侧颞叶病变造成的局部发作更可能影响到意识。

那顶叶和额叶对于意识的贡献呢?

对人类大脑进行fMRI测试表明,当我们看到图像切换时,不仅比V1区高的视觉皮质会被激活,外侧前额叶皮质与后顶叶皮质也会被激活。前额叶,后顶叶皮质经常同时被激活,博尔将其命名为前额叶-顶叶网络。

斯坦尼斯拉斯·迪昂[4](Stanislas Dehaene)做个一个实验,快速给被试呈现一系列杂乱的方块,在方格的中间,会插有字的图片,有时候字距离很远,而有的时候距离很近,对比两种不同情形,我们会发现:高级感觉区域与前额叶-顶叶网络被激活。

李奥塔·卡耐[4](Ryota Kanai)和他的同事利用向不同方向旋转的圆点,让被试根据圆点旋转方向产生两种交替不同体验(与心理旋转实验类似)。结果表明:顶叶越厚,感觉到的图像切换越多。

马特·戴维斯[4](Matt Davis)对处于麻醉状态的被试进行fMRI测试,发现不管麻醉的程度如何,负责简单的,经过处理的声音的颞叶区域的活动依然活跃,但在被试进入睡眠状态后,前额叶皮层的活动马上停止。

克里斯托弗·科赫把神经相关物定义为意识的最小神经机制,而且大脑皮层及其附属部分的离散区域中的生物电活动对意识体验的内容是必要的。意识的任何神经相关物的一个关键成分是高阶感觉区与前额叶皮层的计划与决策之间较长的互惠连接。

维克拉·托米[4](Victor Lamme)曾经提出过意识的循环过程模型。他认为只有信息在不同脑区循环时才能产生意识,如果只是双向交流在专门区域之间进行,那只会产生某种程度上的意识。只有这种交流延伸至前额叶-顶叶网络,才会产生完全的,深层的意识。

那顶叶和额叶受损会发生什么变化呢?

菲尼亚斯·盖奇[28](Phineas P. Gage)的病例表明了一个事实,额叶受损对一个人的计划,生活能力有着极大的影响,也极大程度上影响了他的意识水平。

鲍勃·奈特[29](Bob Knight)遇见过两侧前额叶均受损的病人,这个患者像个僵尸,没有丝毫意识。

后顶叶皮质受损(左右半侧)的患者会进入到极为罕见的状态,被称为巴林特氏综合征,患者完全没有空间感,失去了对整个世界的意识与体验。

大量的实验和理论分析表明,顶叶和额叶受损,意识水平会有极大程度的下降。而丘脑与脑干,对于意识的产生也是必不可少的,就如帕特里夏·丘奇兰德[30](Patricia S.Churchland)在所说的那样,脑干+丘脑+大脑皮层,这三个部分是我们产生意识的支撑性结构。

四.意识的智能属性

近些年来,智能一词已经受到很多学者的关注。人工智能一词更是目前非常时兴的领域。能够理解世间万物,却不能制造出有意识的机器人,这也是目前AI界十分尴尬的一点,也许,金钥匙就在于我们如何让理解智能与意识的关系上。

4.1 人工智能与意识

自从1956年达特茅斯会议展开,宣布了人工智能学科的诞生,人工智能这个领域一直在摸索中前进,其中,值得一提的是其中的三大学派:符号主义,行为主义和联结主义。下面,笔者就这三派与意识之间的关系进行研究。

(1) 符号主义与意识

符号主义是人工智能的一大学派,提倡用逻辑推理的方法来模拟人的智能,也称逻辑主义。其中,数学演算推理是符号主义者眼中人工智能的起源。代表人物为纽厄尔和西蒙。在1956年,纽厄尔、西蒙和肖三人研发出程序逻辑理论家[31](LT),与常规程序不同,LT由假设的数学命题出发,一步步从后向前分析,一直到找到最后的数学定理为止。LT证明了怀特海《数学原理》中的52条原理。西蒙曾经高兴的声称:我们制造出了可以思考的机器,这种机器不但可以思考,还可以创新。稍后,三人又研制出了更厉害的通用问题求解器[32](GPS),这套程序可以在适当的算子帮助下解决不同类型的问题。纽厄尔等人研制SOAR软件直至今日还在广泛研究。

1976年,尼尔森(N.J.Nilsson)和纽厄尔(Allen Newell)[33]等人提出了著名的物理符号系统假设:凡是能用符号表示的事物和状态都能由计算机进行运算。在符号主义者眼中,人脑的表征,思维可以用符号来表征,所以人脑可以用计算机来模拟。费根鲍姆(Edward Feigenbaum)[34]等人研发出专家系统,里南(Douglas Lenat)开启大百科全书项目。

可以看出符号主义走的是数学推理-启发式算法—专家系统—知识工程的路线,他们认为知识是智能的基础,知识表示、知识推理、知识运用是智能的核心。在笔者看来,知识确实在意识与智能中占到很大的程度,但如果遇到那些无法用符号表达的知识时,例如自己的经验与常识,恐怕就束手无策了。中国有句古话:只可意会,不可言传,说的正是这个道理。而且,更加重要的是,符号主义者没有提出意识这个词,按照他们的符号表示法,即使真的能产生意识,也只有不到1/2的意识吧(左脑的一部分)。

(2)行为主义与意识

行为主义一词源于心理学,华生[35](John Broadus Watson)在《行为主义》一书中明确表达了意识是不属于心理学研究范围,我们研究的是那些可以外在观察到的刺激。与心理学稍有不同的是,人工智能领域中,行为主义者认为1948维纳[36](Nobert Wiener)提出的控制论是AI的起源。在这部跨世纪的著作中,维纳用统一的观点讨论控制,通信和计算机,对比研究了动物和人类机体的控制机理以及思维等活动,将自动控制的研究提到了一个崭新的高度。钱学森提出的工程控制论,卡尔曼(Rudolph E.Kalman)的卡尔曼滤波器,都极大程度的刺激了行为主义的发展。布鲁克斯教授在1990、1991年相继发表论文,批评联结主义与符号主义。他的代表作是6足机器人。

行为主义者的想法很简单,可以用一个公式即S-R来表达。S是刺激,R是反应。只要找到内在的对应关系,就能预测智能体的行为。这一点,笔者认为倒是和科赫论述的头脑中的僵尸体有些类似,但如果是多种行为需要进行抉择之时,恐怕S-R理论就难以实现。意识的功能就是处理所有需要出奇制胜灵活反应的情形。行为主义在一开始就将意识的中心排除在外,自然无法产生真正的意识。

(3)联结主义与意识

联结主义者认为人工智能应该模仿脑的连接方式。1943年,麦克卡伦(Warren McCulloch)和皮茨[37](Walter Pitts)提出了MP模型,标志着联结主义的开端。 1949年,赫伯[38](D.O.Hebb)提出了重要观点:即当两个相连接的神经元同时兴奋时,它们之间的联结强度会增强,这就是著名的赫伯学习定律。1958年,罗森布拉特[39](Frank Rosenblatt )提出了感知器模型,推广了MP模型。1959年,塞尔弗里奇[40](Selfridge)提出鬼域模型。他认为人的识别模式由四个阶段组成。每个阶段由一群不同功能的“映像鬼”、“特征鬼”、“认知鬼”、“决策鬼”组成。1982年,霍普菲尔德[41](John Hopfield)提出了一种具有联想记忆能力的新型神经网络,后被称为“霍普菲尔德网络”。1986年亨顿(G.Hinton)、卢默哈特(David Rumelhart)和麦克勒蓝[42](James McClelland)重新提出了反向传播算法,即BP算法。而2006年,亨顿[43](Geoffrey. Hinton)提出了深度置信网络(DBNS),标志着深度学习的开端。

可以这么说,联结主义与智能比较接近,实际上通过无监督学习,也可以产生类智能体。但就如笔者在第一章中提到的那样,意识可以被还原为神经元动作吗?抑或是神经元的动作可以涌现出意识?产生意识与产生智能在本质上还是存在差别的,类智能体不代表类易意识体。笔者将在下面的一章中进行讨论。

4.2意识的模型

意识与产生智能在本质上还是存在差别的,类智能体不代表类易意识体。笔者将在下面的一章中进行讨论。

上面几章我们讨论了哲学,大脑,智能与意识的关系。其实不论是哲学家,神经学家还是人工智能学家,都希望有一套模型来反映出真正的意识过程。

杰拉德·埃德尔曼[44](Gerald. M. Edelman)在《意识与复杂性》中提出意识的动态核心假说:即在任何一个给定时刻,人脑中只有神经元的一个子集直接对意识经验有所贡献,换言之,人在报告某一意识时,大脑中相当一部分神经活动和人所报告的意识没有对应关系。

雷·杰肯道夫[45](Ray Jackendoff)在《意识与可计算心智》一书中提出了自己的意识中层理论,即将意识分为物理脑,计算的心智与可感知到的心智三个等级。

伯纳德·巴尔斯[46](Bernard Baars)于1998年提出意识的全局工作空间模型。他认为意识存在于一个被称为全局工作空间的模型之中,除此之外还有无意识加工的处理器以及背景。这就好比一个剧院,剧院的舞台好比工作记忆,而注意的作用好比一只聚光灯,舞台上被聚光灯照亮的部分就是意识部分。

在全局工作空间模型的基础上,斯坦尼斯拉斯·迪昂(Stanislas Dehaene)与让·皮埃尔·尚则[47](Jean-Pierre Changeux)提出意识的神经全局工作模型理论:即每个时刻只有一种信息能够进入意识的全局工作空间模型中。

朱利奥·托诺尼[48](Giulio Tononi)提出“整合信息理论”。在这个理论中,他认为只要满足两个条件,即可拥有意识。第一个条件为物理系统必须具有丰富的信息,第二个条件是在系统中信息必须要高度整合。整合信息理论用字母phi(Φ)来表示整合信息的量。如果一个系统的Φ值过低,就不会存在意识。反过来,我们要制造具有意识的机器,就需要使这个机器或系统具有很高的Φ值。小脑神经元数量是大脑皮层的4倍,但小脑神经元排列方式为简单的晶体结构式排列。因此,小脑的Φ值很低,没有意识。这个模型一经提出,立即被很多人引用,并得到了很多好评。

达尼尔·丹尼特[49](Daniel Dennett)在《意识的解释》一书中提出了意识的多重草稿模型。在这个模型中,意识的加工方式是并行的,自我只是外在叙述的重点,而不具有内在体验者的角色。

斯图亚特·哈梅罗夫(Stuart Hameroff)和罗杰 ·彭罗斯[50](Roger Penrose)最近提出了编制-客观还原理论。该理论的主要观点为意识为产生与量子的时空结构,由于意识的自我-坍塌,世界从多重状态还原为单一确定状态。

加来道雄[51](Michio Kaku)则在《心灵的未来》一书中提出了意识的时空模型:意识是为了实现一个目标(例如,寻找配偶,食物,住宿)创建一个世界模型的过程,在创建过程中要用到多个反馈回路和多个参数。他进一步将这个理论模型量化,将意识水平分为4级,具体见下表

表1 意识的时空模型框架

安德森[52](John Robert Anderson)提出了ACT_R模型,此模块有4个子模块组成,分别为目标模块、视觉模块、动作模块和描述性知识模块。每一个模块各自独立工作,并且由一个中央产生系统协调。

最近,瑞士洛桑联邦理工学院和其它学院在《科学公共图书馆·生物》[53]提出了意识的两阶段模型,解释了大脑是如何处理无意识信息,并将信息转入有意识的。按照这一模型,意识是每隔一段时间生成一瞬间,意识之间是长达400ms的无意识状态。

4.3意识与思维的关系-笔者的一点思考

笔者一直在思索意识与智能之间的关系,有一个不很成熟的想法:即智能是意识之间的桥梁,即中介。智能具有外显性,意识具有内隐型。我们很难衡量别人的意识程度,但是可以通过一定手段辨别他人的智能程度。这也就是为什么人工意识比人工智能难的多的原因。而且,笔者还认为无论是意识,还是智能,都必须通过人-机-环境的交互才能产生。单纯的脑很难产生健全的意识,就好比如果一个,是世界上顶尖的色彩研究专家,对世界上色彩的理论倒背如流,但他从出生即被关到黑屋子里,那他对于颜色的意识是否和正常人一样?

笔者在这里认为建造有意识的智能体一定要将其放置于具体环境中,首先了解情景,对情景进行辨别与选择,在发展智能与意识,这样才能离我们人类的意识越来越近。

五.结语

本文从哲学与意识、脑与意识和智能与意识的角度,详细的论述了意识的哲学方面,生物方面和智能方面。首先,哲学方面上,先从身心一元论与二元论之争介绍开始,再引入涌现与还原的问题。生物方面上,则从大脑内整体论与部分论谈起,再引入大脑意识的重点部位。智能方面上,则从人工智能的三大流派与意识的关系谈起,引入了意识的模型。这三个方面虽然学科领域不同,但实际上紧密相连,密不可分。哲学的理论离不开生物学的实验发现,也离不开智能程序的模型支撑。同理,智能之争本质上就是哲学之争,更依赖于生物学的支持。所以,从这三个角度来研究意识,是十分恰当的。

稍显遗憾的是,目前仍然没有一套定量的意识测量方法,来测量与建构非生物体的意识。这也是目前很多领域科学家与学者所致力于的方向。相信,在不远的未来,这种方法一定会成型并得到应用。那时,我们便可以说我们真正能够理解了意识。

参考文献

[1] M. Velmans. Understanding Consciousness, iBooks, 2009[PDF file] .Available from bookzz.org.com.

[2] J. Horgan, The End of Science: Facing the Limits of Science in the Twilight of the Scientific Age. New York: Broadway Books,1996.

[3]英国DK出版社 著,康婧 译,哲学百科。北京:电子工业出版社,2014.

[4]D. Bor, The Ravenous Brain: How the New Science of Consciousness Explains Our Insatiable Search for Meaning. Basic Books,2012.

[5] Aristotle, On memory and reminiscience. R. McKeon .,Ed. The collected Works of Aristotle, New York: Random House,1941.

[6] R. Descartes, Meditations. E. Haldane, G. Ross .,Ed. Philosophical Works of Descartes,vol.1,Cambridge:Cambridge University Press,1931.

[7] G. Ryle, The Concept of Mind.[1949].Available: https://en.wikipedia.org/wiki/The_Concept_of_Mind.

[8] T. Hobbs, Leviathan. ed, R. Tuck. Cambridge: Cambridge University,1991

[9]B. Spinoza. The Ethics in the ethics of benedict Spinoza. New York: Van Nostrand,1876.

[10]W. James. The Principles of Psychology. New York: Henry Holt,1890.

[11]K.R. Popper and J.C. Eccles, The self and its Brain. London:Routledge,1993.

[12]约翰·霍兰著,周晓牧,韩晖译,隐秩序:适应性造就复杂性,上海科技教育出版社,2000.

[13]B. Libet, “Unconsciousness cerebral initiative and the role of conscious will in voluntary action”, Behavioral and Brain Sciences.,Vol8,pp529-566.1985.

[14]J. Searle,” Consciousness explanatory inversion and cognitive science ,”Behavioral and Brain Sciences.,vol13(4),pp.585-642,1990.

[15]C. Koch. Consciousness: Confessions of a Romantic Reductionist. Massachusetts Institute of Technology,2012

[16]T.Nagal,”What is it like to be a bat?” Philosophical Review.,vol.83,pp.435-451.1986.

[17]S. Greenfield, The Human Brain: A Guided Tour. New York: Basic Books,1997.

[18]M.S. Gazzaniga, R.B. Ivry, G.R. Mangun. Cognitive Neuroscience: The biology of the mind. US:W.W. Norton & Company,2011.

[19]M. Douglas. Classic Experiments in Psychology. Westport, CT: Greenwood Press,2004.

[20]C. Koch. The Quest for Consciousness. Roberts & Company Publishers,2004.

[21]C. von der Malsburg, The correlation theory of brain function.1981[PDF file].Available from https://fias.uni-frankfurt.de/fileadmin/fias/malsburg/publications/vdM_correlation.pdf

[22]赵路,刘伟,大脑简史(3). [2016] Available: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA4OTYwNzk0NA==&mid=2649698424&idx=1&sn=2f5478cd19db3a2b915ab59a893fa3ee#rd

[23]武进日报.科学家找到“灵魂开关”,或能帮患者恢复意识. [2014].Available:http://epaper.cz001.com.cn/site1/wjrb/html/2014-07/18/content_762579.htm.

[24]A.R. Damasio. The feeling of what happens. San Diego:Harcourt,1999.

[25]D.H. Hubel ,T.N. Wiesel ,”Receptive fields, binocular interaction and functional architecture in the cat’s visual cortex.” Journal of Physiology. Vol160:106-134.

[26]B. Randolph & N. K. Logothetis, “Visual competition”. Nature Reviews Neuroscience .,Vol3,pp1–11,2001.

[27]S. Zeki, “The representation of colors in the cerebral cortex. “Nature., vol 284, pp.412-418,1980.

[28]赵路,刘伟,大脑简史.[2016]. Available: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA4OTYwNzk0NA==&mid=402206559&idx=1&sn=291764089976b0694b7fa5529322cb9a#rd.

[29]R. Penrose, The emperor’s new Mind, New York: Penguin Books.

[30]P S. Churchland. Touching a Nerve. iBooks. 2013[PDF file] .Available from bookzz.org.com.

[31]A. Newell and H.A. Simon .” The logic theory machine.” Transaction on Information Theory,sep.1956

[32]A. Newell, J.C. Shaw, H.A. Simon.” Report on a general problem solving program for a computer.” in Proc. International Conference on Information Processing,UNESCO,1960.

[33]A. Newell, ”Physical symbol systems” Cognitive Science.,vol4(2),pp135-183,1980.

[34]H. Henderson 著,侯然 译,人工智能-大脑的镜子. 上海:上海科学技术文献出版社,2007.

[35]J.B. Watson “Psychology as the behaviorist views it ”, The Psychological Review.,Vol20,pp89-104,1913.

[36]N. Wiener, Cybernetics: Or Control and Communication in the Animal and the Machine.[1948]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Cybernetics:_Or_Control_and_Communication_in_the_Animal_and_the_Machine.

[37]W.S. McCulloch, W. Pitts "A Logical Calculus of the Ideas Immanent in Nervous Activity", Bulletin of Mathematical Biophysics., Vol 5,pp 115–133,1943.

[38]D.O. Hebb. The organization of Behavior. New York: John Wiley and Sons,1949.

[39]E. Rosenblatt,” The perceptron :a probabilistic model for information storage and organization in the brain” , Psychological Review.,vol63,pp386-408,1958.

[40]O. Selfridge. Pandemonium :a paradigm for learning.1959[PDF file] Available from http://www.agt.net/public/bmarshal/aipatterns/pan_abst.htm.

[41]J. Hopfield. Neural networks and physical systems with emergent collective computational abilities.in Proc. National Academy of Sciences,1982,paper 79,p.2554-2558.

[42]D. Rumelhart, J. McClelland.” Parallel Distributed Processing.” Vols1 and 2, Cambridge ,MA :Bradford/MIT Press.

[43]G.E. Hinton, S. Osindero, Y.-W. Teh. A Fast Learning Algorithm for Deep Belief Nets. Neural Computation.,Vol 18,1527-1554(2006)

[44]赵泽林,高新林,埃德尔曼对于意识的惊人假设.[2006] .Available:http://www.docin.com/p-255753176.html

[45]R. Jackendoff, Consciousness and the Computational Mind. Cambridge, MA: MIT Press,1987.

[46]B.J. Baars.In the theater of consciousness. 1997[PDF file]. Available from bookzz.org.com.

[47]S. Dehanen, L. Naccache. “Towards a cognitive neuroscience of consciousness :basic evidence and a workspace framework”, Cognition.,Vol79:1-37.

[48]G. Tononi, The information integration theory., M. Velmans, S. Schneider., Ed. The Blackwell Companion to Consciousness. Malden,MA:Blackwell,2007.

[49]D. Dennett , Consciousness Explained. London: Allen Lane,1991.”

[50]R .Penrose, S. Hameroff,”What ’gaps’?-Reply to Grush and Churchland,”Journal of Consciousness Studies.,vol.2(2),pp.98-111.1995.

[51]M. Kaku. The Future of the Mind: The Scientific Quest to Understand, Enhance, and Empower the Mind. US:Doubleday,2014.

[52]TANG Guangzhi, HU Yujing, ZHOU Xinmin, et al. Theory and application of ACT-R cognitive architecture. Journal of Frontiers of Computer Science and Technology, 2014, 8(10):1206-1215.

[53]科技日报.新模型解释大脑如何产生意识.[2016]. Available: http://news.xinhuanet.com/tech/2016-04/18/c_128904857.htm.

最新文章
相关阅读