機(jī)器會意識有嗎？如何能讓人工智能機(jī)器擁有意識？

意識，沒有一個客觀的科學(xué)定義，難以觀測認(rèn)定，但它是每個人都能主觀感受到的真實。當(dāng)你看到嫣紅的桃花輕搖，繽紛飛舞，聞到陣陣清香，清晰地感受身在桃林暖風(fēng)花雨中，勾起昔日人面桃花相映紅的悵惋，你的感受認(rèn)定了自己在熟悉的春日下。這經(jīng)歷和想象，方才過往現(xiàn)在感受與即將到來的統(tǒng)一和諧連貫映像，綜合著各種感知的體驗構(gòu)成了意識，其中有個同一的心理上連貫的“自我”作為意識的主體，以內(nèi)在的視角對世界作出反應(yīng)。機(jī)器會有嗎？

在心智研究上，人們向來把難解的意識問題留給哲學(xué)思考，科學(xué)只關(guān)心客觀能夠描述的智能。人工智能發(fā)展到今，機(jī)器在辨識和棋類博弈方面的智能已經(jīng)與人相敵了，各種高超的智能機(jī)器噴涌而出，人們開始認(rèn)真考慮機(jī)器能否形成自我，怎樣才能具有意識的問題了。

智能的問題

早期人們對心智問題的研究，基本是內(nèi)省的感悟，這個感悟構(gòu)建的心理學(xué)獨立于物理世界之外，表現(xiàn)為物質(zhì)和心靈的二元論。到了20世紀(jì)，行為主義開始流行，不講主觀感覺只重客觀行為，觀察人的外在表現(xiàn)和傾向，不在乎所謂的心理解釋。1950年圖靈在“電腦能思考嗎？”的論文中，第一次提出“機(jī)器思維”的概念。他認(rèn)為：通過電傳終端與另一邊進(jìn)行對話，如果人們無法區(qū)分那邊是機(jī)器還是人類時，那么就該承認(rèn)這機(jī)器具有智能。這個測試稱為“圖靈測試（Turning Test）”。他的主張在認(rèn)知科學(xué)上稱為功能主義。計算機(jī)發(fā)明后，特別是圖靈的工作，功能主義取代了行為主義，成為心靈和智能研究的主流。在功能主義旗幟下的計算主義，以實現(xiàn)功能的計算來窺探認(rèn)知，至今仍是人工智能研究和認(rèn)知科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)范式。

1980年代，當(dāng)計算主義信心滿滿地研究智能、展望未來時，哲學(xué)家塞爾用“中文房間”思想實驗，提出質(zhì)疑。塞爾形象地模擬專家系統(tǒng)的符號運(yùn)算，說不懂中文的他，躲在裝有許多中文字片的房間里，收到外面?zhèn)鱽碇形淖謼l，他只是按預(yù)訂的規(guī)則挑選對應(yīng)的中文字片來作為回復(fù)，就給人一種能理解中文會思考做答的印象。計算機(jī)也是如此，它只是按規(guī)則搬弄字符，無論表現(xiàn)得多么神奇，其實都不是通過思考。這是現(xiàn)代哲學(xué)中最著名的思辨之一，他針對是能夠通過圖靈測試的機(jī)器智能，在哲學(xué)界和認(rèn)知科學(xué)上引起了廣泛的討論。

那時的人工智能是按照符號主義的思想來構(gòu)建的，認(rèn)為認(rèn)知和思維的基本單元是符號，知識用符號依句法形成符號串表示為命題，認(rèn)知是按形式邏輯處理符號串的過程，研究智能的工作是怎么最有效地搜索知識庫來求解。塞爾質(zhì)疑心靈活動能夠通過這樣機(jī)械式的計算來描述。

他認(rèn)為思考不是簡單的邏輯運(yùn)算，必須由具有內(nèi)在因果性的機(jī)制和意向的動力來驅(qū)動。當(dāng)問起肉包好吃嗎？大腦中涌現(xiàn)肉包形象、香氣和味道體驗的回憶，在喜好意向的驅(qū)動下，組織成語言作答。而專家系統(tǒng)和中文房間，都不是從由對肉包的感受，只是分析句法，按照對照表找到最符合的字片來回復(fù)。雖然惟肖惟妙，但談不上理解，更沒有思想。

在過后的30多年至今，人工智能的主流已經(jīng)從符號主義，轉(zhuǎn)到深度學(xué)習(xí)的聯(lián)結(jié)主義機(jī)制上了。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過學(xué)習(xí)，獲得了如同人類一樣，能夠舉一反三、由此及彼，聯(lián)想推測的“感性”辨識決策能力。雖然讓機(jī)器模仿人類，不是現(xiàn)在人工智能研究主流追求的目標(biāo)，但技術(shù)的發(fā)展讓它在更高程度的智能上與人真假難分，聽和看人類自然語言也進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域，通過圖靈測試不再是個問題了。但圖靈測試只與對應(yīng)問答的功能有關(guān)，具有同樣輸出輸入關(guān)系的功能可以由不同的內(nèi)在機(jī)制來驅(qū)動的。也許“中文房間”的符號主義操作過程，并不適用于現(xiàn)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能機(jī)制了，但塞爾的核心思辨仍然在質(zhì)問：人對問題的回答是有意識的，由感受內(nèi)容的因果性所驅(qū)動，機(jī)器會有意識嗎？它真的理解所問的內(nèi)容嗎？

意識的問題

哲學(xué)家用僵尸（Philosophical Zombie）來形容在行為上與真人無異，卻沒有思想、意志和意識的物體。它所作所為不由自主，只是被動的反應(yīng)。“中文房間”的思辨自1980年起，哲學(xué)家科學(xué)家就不斷地在學(xué)術(shù)刊物上爭議。作為哲學(xué)家的塞爾強(qiáng)調(diào)計算機(jī)的行為不是由意識驅(qū)動的，它是按照固定程序行事的哲學(xué)僵尸，只是在模擬能夠思考。圖靈測試無法區(qū)分哲學(xué)僵尸和由意識驅(qū)動行為的人類，他們的本質(zhì)分歧在于什么是意識？能否測定意識？

“意識”是哲學(xué)一直關(guān)注最古老的問題，自笛卡爾起，哲學(xué)家開始以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度思考物質(zhì)與精神的關(guān)系?？茖W(xué)研究的是客觀的現(xiàn)象，而意識是主觀的體驗?？吹揭黄馊A，你感覺到了通紅的顏色，火熱的激情，可是客觀的測量和物理知識告訴我們，這是頻率400～484THz的電磁波作用于我們的眼睛，但是在黑暗中的激情迷幻也能產(chǎn)生類似的感受。當(dāng)你正在經(jīng)受著疼痛，而一切身體檢查都無法解釋疼痛的存在時，什么更為真實？是根據(jù)科學(xué)檢測的醫(yī)生判斷，還是自己切身的感受？當(dāng)你沉靜下來，專注內(nèi)心默念幾次：“我的腦中響起了這句話”，你用心體察，會感受到頭腦里也響起這句話，而周邊其實寂靜無聲。這些都是每個人都能真切感受到的體驗，其體外的物理測量卻無法探知。

外在的檢測難以探知主觀的體驗，在過去只能通過主觀訴說得知，同一種事物主觀感受因人而異，體驗未必是真，訴說也許謬誤，這些都無法符合客觀的標(biāo)準(zhǔn)。所以近到二三十年前，意識的概念一直被科學(xué)界所排斥，甚至這個詞在《自然》和《科學(xué)》稿件和基金申請中都是個忌禁。主觀意識從根本上便被要求客觀的研究無視，它遠(yuǎn)在以客觀為基礎(chǔ)的科學(xué)理論之外。

能被客觀測量的事物性質(zhì)叫屬性，如“力”和“頻率”；主觀感覺到的性質(zhì)叫感受（quale），如“疼痛”，“紅色”，“迷茫”等等，它是具有前因后果連貫的一個狀態(tài)。感受是一切心理現(xiàn)象的基礎(chǔ)，它是意識的體現(xiàn)。意識存在于主觀世界的感受空間里，而客觀世界是在物質(zhì)屬性的空間里。人在感官刺激下感受到一種體驗，而在沒有感官信號輸入的夢境中，同樣可以得到類似的體驗，即使在清醒時也有幻聽、幻覺和聯(lián)想。客觀世界的物質(zhì)作用和主觀世界的內(nèi)心感受并非完全對應(yīng)?，F(xiàn)代的神經(jīng)生理學(xué)研究雖然已經(jīng)細(xì)致地了解了機(jī)體經(jīng)受傷害時，刺激作用于機(jī)體外周感受器，轉(zhuǎn)變成神經(jīng)沖動進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)直到大腦皮質(zhì)興奮的動力過程和化學(xué)物質(zhì)，但是仍然無法理解如何產(chǎn)生主觀意識上的體驗。

當(dāng)代哲學(xué)家戴維·查默斯（David Chalmers）把理解人類意識的問題分為“簡單問題”和“困難問題”?！昂唵螁栴}”是指理解大腦中產(chǎn)生知覺、記憶和行為的結(jié)構(gòu)、功能和機(jī)制，“困難問題”是理解這些為什么會和意識相聯(lián)系，它的本質(zhì)和來源。因此解決“簡單問題”，對解決“困難問題”并沒有幫助。主觀和客觀是基于對立假設(shè)的兩種世界，不能以己方來肯定對方的基本設(shè)定，所以困難的問題永遠(yuǎn)無解。

意識理論

對應(yīng)于解釋意識本質(zhì)和來源的“困難問題”，時空物質(zhì)的本質(zhì)和來源其實是對應(yīng)著這個問題的另一面?？陀^世界是意識的產(chǎn)物，意識無法驗證自我不存在的世界。在科學(xué)上是先以承認(rèn)時空物質(zhì)的存在性作為不容置疑的公理，然后研究它們間的性質(zhì)和關(guān)系，給我們建造了一個物理世界的理論。在這構(gòu)建中抹去了主觀的位置，所以建立在物質(zhì)主義的科學(xué)無法解釋意識的問題。

近十來年來，腦科學(xué)致力于研究“真正問題”，即意識存在的生物學(xué)基礎(chǔ)。它不同于回避意識存在的“簡單問題”，也不糾纏于解釋意識的存在的“困難問題”，而是以承認(rèn)意識存在作為出發(fā)點，探究支持意識現(xiàn)象的基礎(chǔ)機(jī)制。它包含了研究清醒、幻夢到睡眠的意識層次，視覺、聽覺、觸覺、心情、思想和信仰等意識體驗，以及產(chǎn)生自我意識的意識自身。

意識存在性對思考這問題的人而言，其實并不比物質(zhì)的世界更為可疑，笛卡兒曾以懷疑一切的態(tài)度審視被認(rèn)為真實的存在，當(dāng)一切皆為可疑時，唯有正在懷疑著的這個意識必須存在才有可能，所以“我思故我在”?，F(xiàn)代的腦科學(xué)研究通過腦電圖（EEG）、功能核磁共振（fMRI）和微電極等技術(shù)手段，來探知大腦神經(jīng)活動，將意識活動對應(yīng)于神經(jīng)元的一系列興奮狀態(tài)變動，建立起主觀感覺與客觀可測量現(xiàn)象的聯(lián)系，以此來研究與人們主觀感受相關(guān)的機(jī)制、結(jié)構(gòu)和量值。了解當(dāng)你“知道”你正看著一條狗時，頭腦哪些神經(jīng)元發(fā)生了什么？當(dāng)你突然感到悲傷時，它又發(fā)生了什么？

從20世紀(jì)90年代開始的幾十年中，現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)、臨床和心理學(xué)的研究從外部探知人腦的活動現(xiàn)象和區(qū)域，已經(jīng)積累了許多發(fā)現(xiàn)。英國DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)者弗朗西斯·克拉克（Francis Crick）和美國計算神經(jīng)學(xué)家克里斯托夫·柯克（Christof Koch）在1988年就致力于這個研究。他們發(fā)現(xiàn)每個意識的知覺都與特定方式運(yùn)作的特定神經(jīng)元組（Neuronal Correlates of Consciousness，簡稱NCC）有關(guān)。神經(jīng)元興奮的信號、波動和活動的區(qū)域都能被儀器檢測到，從而判別無意識、意識清醒的程度，以及支持它們的神經(jīng)組織結(jié)構(gòu)。病理分析可以鑒別這些神經(jīng)元組是否與意識有關(guān)。

看到紅色是一種神經(jīng)元意識的關(guān)聯(lián)，香氣是另一種關(guān)聯(lián)，觸覺又是一種。當(dāng)你看到嫣紅的桃花輕搖，繽紛飛舞時，視覺皮層活躍起來在綜合處理桃花的顏色，形狀和運(yùn)動的軌跡，嗅覺皮層在分辨聯(lián)系送來的香氣，顳葉上的聽覺區(qū)收到花枝輕搖的聲響，微風(fēng)和花瓣輕拂而過的皮膚產(chǎn)生感覺的電信號傳入腦中觸覺的區(qū)域，這些感官皮層的興奮導(dǎo)致大腦皮層幾個區(qū)域同時涌起的興奮波動，讓你感受到一個融為一體的意識體驗。米蘭大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家馬塞洛·馬斯米尼（Marcello Massimini）用腦電圖（EEG）記錄短時電脈沖刺激后的腦區(qū)響應(yīng)（經(jīng)顱磁刺激技術(shù) TMS），可以從用響應(yīng)模式的信息復(fù)雜度，定量地區(qū)分從完全清醒狀態(tài)、無夢睡眠到深度麻醉狀態(tài)的不同意識水平。

美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校精神病學(xué)家和神經(jīng)學(xué)家朱利奧·托諾尼（Giulio Tononi）從信息角度來尋找一個描述意識清醒程度的數(shù)值指標(biāo)Φ和意識體驗的信息結(jié)構(gòu)。在研究中總結(jié)出意識體驗是存在的、復(fù)合的、信息的、整合的和排斥的五個現(xiàn)象學(xué)特征。他將之立為五個公理，依此由狀態(tài)轉(zhuǎn)移機(jī)制來找出在給定狀態(tài)下，能夠產(chǎn)生最大Φ值的神經(jīng)元復(fù)合體和具有最小不確定性的概念結(jié)構(gòu)。這個類似于構(gòu)建力學(xué)系統(tǒng)的研究稱為“信息整合理論（Integrated Information Theory，簡稱IIT）”。

在這個理論中，神經(jīng)元組中神經(jīng)元的興奮與否抽象地描述成它們01真值的一個狀態(tài)，神經(jīng)元聯(lián)接的結(jié)構(gòu)和權(quán)重決定了興奮觸發(fā)的機(jī)制，神經(jīng)元組將單個神經(jīng)元的興奮機(jī)制復(fù)合成為狀態(tài)隨時間變化的機(jī)制。神經(jīng)元組外還可能有其他未知的輸入，因此神經(jīng)元組的現(xiàn)在狀態(tài)，決定了是在其機(jī)制約束下，相關(guān)神經(jīng)元集合以前和以后可能狀態(tài)的兩個概率分布。在狀態(tài)的變化中，以前狀態(tài)是現(xiàn)在的“因”，以后是現(xiàn)在的“果”，神經(jīng)元組的興奮在其機(jī)制約束下，建立了“因果性曲目（Cause-effect repertoire）”，即這兩個概率分布。若這曲目要比完全隨機(jī)無序的前因及隨機(jī)狀態(tài)演化的后果具有較少的不確定性（較小熵），神經(jīng)元組的機(jī)制對這狀態(tài)就產(chǎn)生了一種因果性信息。對神經(jīng)元組而言，這個較確定的前因后果是神經(jīng)元組對狀態(tài)有一個較清晰連貫的系統(tǒng)屬性，對應(yīng)著意識中的基礎(chǔ)“感覺”。

對應(yīng)于意識體驗是不可分解整體的屬性，只有在神經(jīng)元組整體產(chǎn)生因果性曲目的不確定性比分割成幾塊產(chǎn)生的曲目組合小，則才有可能。若整體產(chǎn)生的因果性信息大于分解組合的神經(jīng)元組，則稱為不可分解的整合，這種整合能減少不確定性的信息量記為φ。因果性曲目不一定要包含所有相關(guān)的神經(jīng)元，排斥公理讓我們只關(guān)心和選取能導(dǎo)致最小不確定性整合的那些神經(jīng)元所組成的因果性曲目。這影響了相應(yīng)的φ值。對應(yīng)于最大φ值那個因果性曲目記為MICE。這個不可分解的神經(jīng)元組、其最大φ值和MICE組成了一個“概念（concept）”，對應(yīng)于意識體驗中的一個感受方向，它指向這不可分解的神經(jīng)元組擁有哪個最為確定的前因后果。

不可分解神經(jīng)元組的各個不可分解的子集都能產(chǎn)生“概念”，這個系統(tǒng)的信息量是每個“概念”中MICE的因果性信息量與它φ值加權(quán)的和，它標(biāo)志著系統(tǒng)減少不確定性的能力，所以具有越多個和越高φ值“概念”的系統(tǒng)可能對應(yīng)著有著越豐富明確的綜合感覺。

整合公理要求進(jìn)一步比較神經(jīng)元組整體與分解組合所擁有“概念”MICE系統(tǒng)的不確定性。這個整體更強(qiáng)的概念系統(tǒng)信息，記為Φ，意味著這神經(jīng)元組在整合“概念”上也是不可分解的。排斥公理說，具有最大Φ值的不可分解神經(jīng)元組，即“復(fù)合體（complex）”，排斥了其他“感覺”的貢獻(xiàn)，以消除任何兩可的含糊。最大整合概念系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu)（MICS）是由現(xiàn)在狀態(tài)的復(fù)合體所產(chǎn)生的概念結(jié)構(gòu)，它擁有最大整合確定性的概念組合。

按照以上方法發(fā)現(xiàn)的MICS在信息角度等同于意識的主觀體驗，其信息的構(gòu)成完全符合意識體驗現(xiàn)象學(xué)的特征，其復(fù)合體對應(yīng)于意識中的主體。例如看到“一個紅色滾動的圓球”，這對應(yīng)著一個作為復(fù)合體的神經(jīng)元組正處在某個狀態(tài)中，它的機(jī)制產(chǎn)生的“紅色”、“滾動的”、“圓球”等各個概念都具有相應(yīng)的最為確信的因果性曲目，構(gòu)成一個不可分解的整體體驗。每個概念對應(yīng)著意識體驗的一個方向，其φ值表示這方向體驗的強(qiáng)度。它們決定著體驗的品質(zhì)。而Φ值對應(yīng)著這時整體意識的清醒程度。

IIT提供了一個計算方法來測量意識體驗和理解其機(jī)理的數(shù)學(xué)模型，其計算機(jī)模擬的結(jié)果在臨床中得到了驗證。只有足夠高的Φ值才具有人類澄明的意識。它被認(rèn)為是目前最有前途的意識理論，成為當(dāng)下神經(jīng)科學(xué)的熱門話題，得到許多重量級科學(xué)家的擁護(hù)。

機(jī)器意識

NCC和IIT理論在科學(xué)實驗的基礎(chǔ)上探究大腦皮層神經(jīng)元組的興奮狀態(tài)與意識活動的聯(lián)系。根據(jù)IIT，人腦中融為一體的意識體驗，依賴于興奮狀態(tài)在復(fù)合體中所產(chǎn)生信息整合為一體的能力。這個理論建立在抽象的狀態(tài)轉(zhuǎn)移機(jī)制系統(tǒng)上，所以不僅適用于大腦中神經(jīng)元組，也可以是任何符合這數(shù)學(xué)模型的硬件。托諾尼用Φ值來度量整合的程度，Φ值越高，對應(yīng)著意識程度這時就越高。這種意識現(xiàn)象的度量只與系統(tǒng)中狀態(tài)轉(zhuǎn)移機(jī)制的結(jié)構(gòu)和所處的狀態(tài)有關(guān)，而不管它是在一個人的神經(jīng)系統(tǒng)、或是一只昆蟲的，甚至是一臺機(jī)器中。

根據(jù)IIT，雖然我們不能確信能產(chǎn)生高Φ值的機(jī)器一定會像人類那樣思考，但可以確定今日機(jī)器學(xué)習(xí)的人工智能，包括深度學(xué)習(xí)具有很強(qiáng)辨識能力的機(jī)器，打敗人類的阿爾法狗，現(xiàn)在會與人對話的機(jī)器人都不具備意識的特征。不論它們擁有多少神經(jīng)元和聯(lián)接，將來擁有多少超越人類的智能，這類前饋型多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的是一個從輸入到輸出的確定函數(shù)，只擁有屬于哲學(xué)僵尸的功能。

這樣沒有反饋回路結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不能形成復(fù)合體，Φ=0，只有輸入到輸出的映射關(guān)系，不會產(chǎn)生意識的體驗。就像人類的小腦具有遠(yuǎn)比大腦多的神經(jīng)元，實現(xiàn)了許多非常復(fù)雜需要智能的活動，但這些智能還只是在無意識下進(jìn)行。高度聯(lián)接的互聯(lián)網(wǎng)和生物的本能也只具有不值一提的Φ值，單純的高智能系統(tǒng)未必具有意識。意識也許是一種靈活地運(yùn)用高度整合極其豐富信息來做決策和交流活動的信息控制機(jī)制，人類在自然競爭中因此進(jìn)化出具有密集復(fù)雜聯(lián)接結(jié)構(gòu)的大腦皮層，用以支持這種優(yōu)越的機(jī)制。作為工具的智能機(jī)器，不必具有意識也可以實現(xiàn)我們所需要的各種智能?，F(xiàn)在流行的人工智能技術(shù)并不導(dǎo)向具有意識的機(jī)器，對此必須在結(jié)構(gòu)和研究上另起爐灶才有可能。盡管這還是個空白，但創(chuàng)造這種與人類意識特征相同的信息整合智能，在原理上并無不可逾越的障礙。