AI时代再问意识：意识的生物学转向（5）上

发表评论 / 科技漫谈 / 作者：

第五部分：计算，究竟够不够？（上）

在现代认知科学的大部分历史中，“计算”曾经像是一把打开旧哲学困局的钥匙。心灵一直很难被安置在物理世界中。笛卡尔通过把心灵与物质分开来解决问题，却留下了一个更加棘手的难题：两个性质如此不同的世界究竟怎样相互作用？后来的唯物主义拒绝这种分裂，却又长期缺少一种足够有力的语言来解释，大脑中的电活动和化学过程为什么能够成为记忆、推理、意图、感觉和自我。计算革命似乎恰好提供了这种语言。我们可以不再首先问心灵由什么物质构成，而去问它执行什么功能、表示什么信息、怎样转换这些信息，以及不同心理状态之间形成了怎样的因果关系。正是这种转变，使心理学、神经科学、语言学、哲学和计算机科学第一次能够在相当程度上共享一套概念框架，也使认知可以在一个高于具体神经元的层次上被独立描述，而不必追踪每一个离子通道、每一次突触释放和每一个分子的变化。更重要的是，这种思想为人工智能打开了大门：如果智能的本质首先是一种计算组织，那么就没有明显理由认为它只能存在于生物大脑之中。今天人工智能取得的成功，表面上几乎像是这一整套思想的巨大胜利。语言、图像识别、翻译、规划、编程、策略推理，以及许多过去与人类心智紧密联系的能力，都已经可以在一种物理结构与人脑完全不同的机器中出现。从这一点看，计算主义最核心的直觉显然是对的：很多认知功能并不依赖某一种特定生物材料。

可意识一直没有这么顺利地被纳入同一幅图景。现在真正的问题已经不是计算是否重要，它当然重要，而是计算是否已经足够。这个“足够”，几乎包含了当代人工意识争论中最深的一条分界。Anil Seth怀疑，仅仅复制正确的计算功能并不足以产生意识，因为意识也许深深扎根于生命体维持自身存在的组织之中；Ned Block则从另一方向追问，那些位于抽象计算描述之下、真正实现神经活动的生物和电化学机制，会不会本身就是意识不可缺少的一部分。两个人都没有证明人工意识不可能，他们真正动摇的是一个常常被默认却并没有真正得到证明的前提：只要高层计算组织保持不变，承载这些计算的物理基质就一定不重要。人工智能发展到今天，已经让这个问题无法继续被轻轻略过。

争论之所以经常变得混乱，一个重要原因是“计算”这个词本身可以指完全不同的东西。在一种非常抽象的意义上，计算只是从一组状态到另一组状态的形式转换，真正重要的是状态之间的关系，而不是实现这些关系的材料。加法仍然是加法，无论由硅电路、机械齿轮、纸笔符号，还是某种神经组织来完成。如果意识依赖的正是这种抽象层次上的组织，那么只要功能关系保持不变，材料当然就应该大体无关，这也是计算功能主义最有吸引力的地方。可真实的大脑虽然也“计算”，却是在一种更加复杂的意义上计算。神经元整合输入、产生输出、适应历史，并在巨大网络中相互影响，但这种信息处理从来没有真正脱离实现它的物理过程。神经信号既是电的，也是化学的；突触会变化，离子浓度会变化，神经调质会改变整个回路的工作方式，代谢状态会限制活动，胶质细胞会影响神经元，身体内部信号也会持续重塑大脑的处理过程。这些变化又同时发生在毫秒、分钟、发育历史乃至演化历史等不同时间尺度上。大脑并不是先在某个抽象层次上完成计算，然后再把结果交给生物身体，计算本身就是通过这些生物过程发生的。

这个区别之所以重要，是因为当我们说两个系统执行“同一种计算”时，其实已经选择了一个描述层次，并且主动把一些差异判断为无关紧要。对于很多任务，这完全合理。两台结构完全不同的机器都可以正确进行加法，材料差异对“加法是否完成”没有意义。可意识的困难恰恰在于，我们还不知道哪些差异真的无关紧要。抽象本身不能替我们回答这个问题。也正是在这里，近年出现的“生物计算主义”变得特别有意思。Milinkovic和Aru试图打破计算功能主义与生物自然主义之间过于尖锐的二分。他们并不把生物学看成计算的对立面，也不把计算理解成一种原则上与具体基质完全分离的形式关系，而是强调神经系统本身可能代表一种特殊的计算形式，这种计算是多尺度的、依赖基质的，而且不同层次之间难以完全分离。如果这种思路成立，问题就会发生一个很重要的转变：我们不必再简单问“意识究竟是计算的，还是生物的”，而可以进一步问，意识会不会依赖一种其关键性质本身就属于生物组织的计算。

二十世纪最有影响力的心智隐喻之一，是软件和硬件的区别。这个比喻非常诱人，因为同一段程序可以从一台电脑迁移到另一台电脑，程序仍然是同一个程序。于是，人们很自然地想到，心智也许类似软件，大脑只是运行它的硬件。只要正确的功能组织被保留，人类大脑、外星生命或者人工机器原则上都可以实现同一种心智。这一思想非常重要，它帮助我们摆脱了一种狭窄观点：疼痛不能因为人类由某种特定神经元构成，就被定义成人类独有的某一种神经状态。狗、章鱼，甚至未来完全不同的人工系统，都可能以不同物理方式实现相似心理状态。可这个类比也有一个容易被忽视的问题。软件与硬件之所以能够高度分离，是因为现代计算机本来就是被工程师有意设计成可以分离的，硬件架构的一个目标，就是让高层程序能够忽略大量底层电子细节。生物演化从来没有这样的设计要求，自然选择并没有试图把“心智软件”做成可以轻易从一种神经系统搬到另一种材料中的可移植程序。生命的功能是从身体材料、物理结构和环境互动中一起演化出来的，在很多生物系统中，“功能”和“实现”根本没有计算机中那么清楚的边界。肌肉的机械性质本身参与运动控制，身体形态能够替神经系统承担部分计算，激素通过化学方式改变行为，免疫和神经过程彼此影响，感觉系统也随着身体结构共同形成。因此，“软件—硬件”也许是描述计算机的好比喻，却未必同样适合描述动物。

如果意识恰好属于那些功能与实现深度缠绕的生物性质，那么过早把具体物理实现降格为“无关细节”，就有可能把真正需要解释的东西一起抽掉。这并不意味着意识永远必须保持生物形态，而只是意味着，一个真正有意识的人工系统，可能需要复制比普通软件更深的因果组织。所谓“基质无关性”因此也值得重新审视。我们已经知道许多功能在相当程度上确实可以跨越基质实现，算术可以通过各种装置完成，排序算法可以运行在不同机器上，语言翻译既可以由人脑完成，也可以由人工神经网络完成。但我们并不知道主观体验是否属于同一类性质。要证明它属于，我们至少需要知道，意识所依赖的所有因果性质，都在我们定义“同一种计算”时被完整保留下来了，而目前我们没有这样的证据。

Block的挑战之所以重要，就在于他把这一点说得非常清楚。计算功能主义认为，只要某种关键计算结构存在，意识就应当存在，而不论其物理实现方式；但另一种可能也一直存在：真正实现这些计算的生物机制本身也具有因果作用。今天多数意识理论在表达方式上都是某种意义上的“基质中立”，但这种中立究竟是自然本身的性质，还是理论语言一开始就选择了一个基质中立的描述层次，还不能简单混为一谈。所以，真正需要警惕的并不是“硅一定不行”，而是过早的抽象。如果一个生物大脑和一个数字模拟在我们选定的高层描述下完全等价，但生物系统还存在一些这个描述没有包含的物理动力学，我们就不能预先知道，那些动力学与意识是否无关。把它们称作“实现细节”，只说明我们在建模时暂时不考虑它们，并不能证明自然也不考虑它们。

也许未来真正需要改变的，是我们对“生物计算”本身的理解。大脑不是一台运行得不够整齐的数字计算机。神经系统具有大规模并行、随机性、递归性、可塑性，也不断受到化学调节和身体内部状态影响。电活动与神经递质、神经调质、基因表达、突触塑性、代谢以及结构变化相互作用，并且跨越多个空间和时间尺度。任何一项单独拿出来，都不能证明它与意识有关；但我们同样不能因为一个较高层的计算模型能够复制某些行为，就直接认定这些性质与体验无关。Milinkovic和Aru提出，生物计算可能具有一种重要的“尺度不可分离性”：一个层次发生的事情，不能总是完全脱离上下层过程来理解。大脑也可能把连续和离散过程混合在一起，而并不符合传统数字计算机的简单图景。如果意识依赖的是一种跨越分子、细胞、局部回路、全局神经动力学和身体调节的多尺度因果组织，那么“另一台机器是不是执行了同一种计算”就会比想象中复杂得多。一个较粗的描述，可以让两个系统看起来完全等价；换一个更深的因果描述，它们也许根本没有在做同一件事情。而意识科学目前恰恰还不知道哪一个层次最关键，因此，抽象层次的选择本身就成为问题的一部分，而不是可以预先决定的技术细节。

这里其实存在一个很重要、却经常在争论中消失的中间立场：意识可能需要计算，却不等于意识可以被还原成抽象计算。生命本身就是一个很好的类比。活的细胞不断处理信息，它们感知化学梯度，调节内部状态，修复损伤，与其他细胞协调，并根据环境变化作出适应。没有信息处理，很难想象生命如何存在，但很少有生物学家会因此把“生命”简单定义为一段抽象计算。代谢重要，膜结构重要，物质组织重要，能量流重要，自我维持也重要，信息和物理过程在生命中始终纠缠在一起。意识也可能具有类似结构。知觉、记忆、注意、预测、决定和行动显然都离不开复杂的信息转换，因此任何可信意识理论都不可能简单抛弃计算，但主观体验也许只有在这些计算发生于一种具有持续身体、自我维持、内部调节、情感价值、多尺度动力学或者某些特定物理机制的系统中时才会出现。如果如此，计算就是必要条件，却不是充分条件。

这个可能性之所以重要，是因为它让我们不必在两个极端之间二选一。我们既不需要相信，只要抽象计算足够复杂，意识就必然自动出现；也不需要诉诸某种神秘而不可计算的“生命精华”。真正与意识有关的因果组织，完全可能同时包含计算性质与生物性质。但走到这里以后，生物学转向本身也必须面对它最困难的问题：仅仅说“生物学很重要”远远不够。究竟哪一种生物性质重要？是代谢，是电化学信号，是稳态调节，是内感受，是神经调质，是细胞可塑性，是跨尺度动力学，是具身互动，是演化历史，还是自我维持？也可能是其中几种形成的特殊组合。如果不能进一步回答这个问题，“意识需要生物学”就可能变得和它所批评的某些计算主义表述同样含糊。所有我们高度确信具有意识的系统确实都是生物系统，这当然是一条非常重要的线索，却还不是机制。它们也都包含碳、水、蛋白质、DNA和细胞膜，我们没有理由认为其中每一种都与意识同样重要。

所以，生物学转向真正的科学任务，不是用“生物本质主义”替换计算功能主义，而是继续寻找具体的因果性质。Seth的生物自然主义之所以有启发性，正因为他并不是简单强调某种生物材料，而更关注生命组织本身。他的核心直觉是：意识可能与一个系统不断预测、感知并调节自身内部状态，以维持持续存在的方式有关。因此，他并不是说碳具有某种神奇的意识力量，而是认为，如果人工系统未来变得更加类脑、更加类生命，那么它成为意识候选者的可能性也会随之提高。Block则从另一方向补充了这个问题。他提醒我们，某些位于高层计算描述下面的具体电化学和细胞机制也可能不可忽略。他并没有证明这些机制一定构成意识，只是指出，我们目前还没有足够理由把它们全部排除在外。而生物计算主义进一步提出一种可能：也许这两种直觉并不真正冲突，意识所需要的计算，本来就可能是一种不能轻易与其物理实现分开的生物计算。这种观点最终完全可能被证明错误，但它至少比“碳和硅谁更适合意识”要科学得多。

（未完待续）

1 2 3 4 5 … 7 8 9 10
郭序
Latest posts by 郭序 (see all)

发表评论

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注