追問專訪·Donald Hoffman教授 | 我們能否構建出意識的數學模型？

從人們呱呱墜地時，就會對世界產生各個方面的感知，例如在視覺上，陽光是金黃色的，海水與天空是藍色的。然而，經由大腦處理過的這些感知真的能反映真實的事物嗎？意識與大腦的關系是怎樣的？而在人工智能等科技的發展下，機器能否在一定程度上“擁有意識”呢？以及在進一步的研究中，能否從更深層次的模型與理論中窺得意識的“真面目”？

本期我們根據肖曉老師的追問，繼續采訪了美國認知心理學家、科普作家、加州大學歐文分校認知科學系的唐納德·霍夫曼（Donald Hoffman）教授， 霍夫曼教授將帶領我們了解人類意識與感知方面的相關研究。按照慣例，霍夫曼教授也提出了自己最想知道答案的一個追問，我們將在文末公布該問題。

以下為具體文字內容，歡迎閱讀轉發。

唐納德：我研究視覺感知。人類如何以三維的視角看世界？我們是如何看見顏色和識別物體的？我也研究意識。我們對顏色、味道和氣味的體驗與反應性有何關系？我們如何理解意識？更寬泛地說，我們能總結出一個意識的科學理論嗎？我也對人工智能感興趣。人工智能在某種意義上來說是否具備意識？我對這個問題非常感興趣——人類只是機器嗎？還是說，我們是超越機器的存在？如果是的話，那樣的存在可能是什么樣的呢？若要真正回答這個問題，有一個辦法就是參與人工智能的研究。

我們可以讓機器走多遠？我們可以用機器做什么？我們真的可以讓機器擁有意識嗎？我還想研究人類神經科學和人類心理學，從人類的角度提出問題。有意識是什么意思？成為人類意味著什么？它與我們的神經生物學有什么關系？帶著這些疑問，我來到了麻省理工學院，在人工智能實驗室以及現在的大腦和認知科學系工作。我能夠看到這個問題的兩面性，一面是人工智能，另一面是人類神經科學和認知科學。過去幾十年間，我一直在從事相關研究工作。

現在，我在研究人工智能、智能的計算機模型，以及人類視覺處理和人類感知等的計算機模型。這就是我一直感興趣的事情，也是我從演化的角度所審視的領域。演化是否塑造了我們的感官，并向我們展示了客觀現實的真實構造？

這些是我很長一段時間以來一直感興趣的事情。總而言之，意識與大腦有何關系？人工智能可以是意識嗎？我們將如何全面地理解這個非常有趣的問題？

唐納德：是的，我們大多數人理所當然地認為演化會塑造我們的視覺和聽覺等感官，讓我們了解世界的真相。因為那會讓你更適應這個世界、讓你更有可能成功、讓你活的夠久，然后生下孩子延續自己的基因。我們大多數人僅憑直覺便相信了這些說法。

但是，當你真正通過自然選擇來研究演化論（theory of evolution）時，將之放在一個被稱為演化博弈論（evolutionary game theory）的數學框架中一樣，事實證明我們可以用數學精度來問這個問題。自然選擇有多大的概率會塑造任何感官系統以揭示客觀現實結構的真相？

數學計算之后的結果就是：這一可能性為零。根據演化博弈論，任何有機體的任何感官系統在被塑造之后都無法展現客觀現實的真相。總是有人給我評論說，我不可能得到這個結果；我肯定是在做一件自我反駁的事情；我的言行是自相矛盾的。我的意思不是說“我相信演化論”，我只是認為這是迄今為止最好的現有理論。作為一名科學家，我必須使用現有的最佳理論，目前沒有什么理論比演化論更好。

我是不可知論者，我不知道演化論是否正確。我猜它捕捉到了很多不錯的觀點。如果我們找到更深層次的理論，無論是什么，這個理論最好看起來像是在某些極端情況下自然選擇的演化結果。因此，當我們審視演化論并且只關注數學相關的部分時，會發現一些非常簡單的事情，即所謂的適應性收益函數（fitness payoff functions）。收益在某種程度上決定了你采取措施時會發生什么：如果我采取這個行動，我會更適應還是更不適應？這些適應性收益函數決定了你在不同情況下采取的各種行動會產生什么樣的適應性后果。你可能處于各種各樣的狀態。如果我餓了想吃東西，那么胡蘿卜或一塊肉可能非常適合我。但如果我想交配，那么同樣的食物根本幫不了我。所以適應性收益取決于有機體的狀態，比如是否感到饑餓。

當你審視這些適應性收益函數時，事實證明，我們已經在三到四種特殊情況下執行了這一函數，但我確信整體來說其概率為零。支配演化的適應性收益根本沒有關于世界結構的信息。它們無法讓你適應這種結構。就是這么簡單。我們還提出了其它論點，但我認為這一理論非常令人震驚。

唐納德：這取決于我們所說的外部現實是什么意思。如果你指的是我們周圍的空間、時間和物理對象，比如樹木、月亮和星星，那我確實認為現實并不是獨立于我們而存在。

我認為時空只是我們使用的一種數據結構，而物體則是該數據結構中的實體。從演化的角度來看，一切都是為了引導適應性行為，而不是看清真相。從演化的角度來看，看見真相不會讓你更適應，反而會讓你走向滅亡。我們看到的不是真相、時空以及物理對象，那不是真相。我認為它就像一個虛擬現實的頭戴式設備，演化賦予我們這樣的設備，讓我們玩名為“生活”的游戲，但我們卻不知道與我們交互的現實究竟是什么。

我認為存在一個更深層次的現實，它超越時空，與我是否意識到它的存在無關。如果我不在這里，那個現實仍然存在。所以，在這層意義上，客觀現實是存在的。但它與我們所看到的任何東西都不一樣，它不是時空中的任何東西，也不是一個物理對象。

唐納德：我想說，在某種意義上，演化并沒有給我們一個世界的模型。它只是給了我們一個用戶界面，讓我們成功地玩生活游戲。

舉例來說，如果你在玩一款開放世界的虛擬現實游戲，而你看到的是一輛紅色野馬或一輛白色保時捷，你所看到的并不是現實的模型。以此類比，現實將是一些你看不到的超級計算機。你在現實中真正做的是每秒轉換數百萬電壓來玩游戲。但從某種意義上說，你看到的保時捷并不是超級計算機的模型。你永遠無法通過保時捷猜到你所看到的超級計算機正在轉換數百萬電壓。從這個意義上說，它不是一個模型。演化并沒有給我們現實的模型，而只是為我們提供了一個頭戴設備，可以完全隱藏客觀現實的本質。不管其本質是什么，你都不需要。這就是演化所帶來的結果。

可能有更深層次的觀點，那就是我們對現實的某些方面有真正的洞察力。很多人認為我在自相矛盾，所以我必須非常小心。如果你只是嚴格按照自然選擇的方式來看待演化，那么我們看不到現實，因為我們所見并非現實。我不必相信自然選擇的演化，而是提出一個不同的結構。我必須得展示這個更深層次的結構是如何產生自然選擇的演化。也許有一個更深層次的結構，它確實可以讓我們在其中看到現實的某些方面。也許我們對愛、某些情感或某些精神感受的體驗是對現實某些本質的真正洞察。

而自然選擇的演化不允許這樣做，但可能有更深層次的觀點允許這樣做。這種觀點認為，我們對意識的洞察力可能是真正的洞察力。作為科學家，無論我們提出什么更深層次的觀點，我們都必須能夠展示自然選擇的演化是如何作為一個特例來適應這種更深層次的現實。

哲學家們喜歡把科學家置于這種有邏輯矛盾的小情境中，你無法逃脫出來。科學家們在做的事情卻不一樣。我不拘泥于任何理論。我是說如果你采用這個理論，那么你就會得到這個結果，但我們也許能夠發現更深層次的理論。之前所得到的結果只有在演化論的背景下才是正確的。在更寬泛的情景下，這樣的結果可能并不適用。你可以審視一個正式的系統。但你也可以從元（meta）的角度來理解它，并證明超越該系統力量的事物，或理解超越這個正式系統力量的事物。

我能理解很多哲學家都持有這種態度，因為他們并不真正理解科學界在做的事情與哲學界不同。我不想在一個理論中有任何內部矛盾。但是當我們審視不同的結構時，我們會發現一個結構將會引導到另一個更廣泛的結構。那么那些“陷阱”類型的論點就不成立了。

近年來，使用計算模型來解釋大腦已成為一種趨勢。在工程領域表現良好的計算模型一定是最接近人腦認知機制的模型嗎？

要想了解人腦以及大腦在做什么，計算模型確實是一個很好的框架。我在麻省理工學院時就是做這個的，大衛·馬爾（David Marr）當時是我的導師，他開創了視覺感知的計算模型。我們當時正在研究計算機視覺以及人類神經科學，即視覺神經科學，研究兩者以及它們是如何相互作用的。我認為這是解決整個問題的一個絕妙的多學科方法，我強烈推薦這種方法。但我的大多數同事認為，神經元和大腦即使沒有被感知到，也是客觀存在的。換句話說，他們認為神經元和大腦真實存在，與是否被感知無關。我的態度是，如果你認真對待自然選擇的演化，那么這樣的觀點與該理論相矛盾，因為自然選擇認為時空中的物體只是一個用戶界面——他們并不是真相，時空中的物體就包括大腦和神經元，它們只是界面符號，而不是真相。

這并不是說我們需要忘記神經科學——這意味著神經科學要困難的多，我們需要更多支持神經科學的經費。我們認為當一個人通過顯微鏡觀察，看到了神經元、軸突、樹突和突觸等等，這就是真實存在的東西，這就是真相，這個人知道發生了什么；但實際并非如此，所有這些神經元及其屬性都只是界面符號。我們必須根據超越時空的更深層次的現實對所有這些符號進行逆向工程，從而了解更深層次的現實如何投射到我們所看到的神經元及其屬性和神經元網絡中。

我完全支持計算模型和神經網絡模型，以及用數學等研究大腦。但我認為演化告訴我們，這項工作比我們想象的要復雜得多，也比我們想象的要深得多。你看見了神經元，但這并不意味著現實中有神經元。那只是你與現實交互的界面正在做的事情。你必須學會超越這個界面。這并不容易，有點像以審視自己的眼睛和樣貌，然后超越自己眼睛所帶來的視野。這就是科學要做的事情。我們只需要意識到理論告訴我們的東西，然后跟隨科學理論所指引的方向，即使我們不喜歡它。

順便說一句，不僅僅是演化論告訴了我們這一點。物理學家也在向我們傳遞相同的信息。物理學家告訴我們時空并非必不可少，它注定走向滅亡。他們正在尋找新的結構，比如振幅多面體（amplituhedron）和宇宙多胞形（cosmological polytope），這些結構都超越了時空。

盡管幾個世紀以來科學一直認為空間和時間，或時空整體是基本現實——科學卻能很輕易地擺脫這一觀點，然后留下一句：“時間和空間很有趣。我們曾經認為它們是基本的，但事實并非如此。現在讓我們尋找超越時空的新結構。”科學可以做到這一點。所以，我們也正在這樣做，當然這會比我們想象的要困難得多。我們曾經認為空間和時間就是這個結構，我們可以這樣理解時空，但事實證明，這不過是熱身。那是我們玩“生活”這個VR游戲時的頭戴設備，我們才剛剛開始了解它——現在我們必須越過這副頭戴設備去了解現實。

唐納德：許多早期的量子理論家，如魏格納和馮·諾依曼，都談到意識是解釋量子理論的基礎。不知何故，你需要有某種意識來實現他們口中所謂的“波函數坍縮（collapse the wavefunction）”。你有一些波函數，就像薛定諤方程（Schr?dinger equation）隨著時間的推移會演變出一些波函數，你不會得到一個完整具體的答案——除非你以某種方式坍縮了對應的波函數并給自己一個具體的答案。那個粒子的位置是什么？動量又是多少？你必須得到一個答案。他們認為，也許坍縮是由意識造成的。我認為他們的研究接近真相了，但最近的物理學家傾向于擺脫這種觀點，最近的物理學家不喜歡意識是基礎的觀點。

我想說，我在意識領域和在認知神經科學領域研究意識的同事里，有99%都認為空間、時間和物理對象是基本現實。意識來自物質之間復雜的相互作用，比如神經元，或者可能是經過適當編程的人工智能中的硅電路。他們認為物質世界是基礎，然后出現了意識。泛心論者（panpsychist）會說物理世界是基礎，物理定律是基本的，但意識要么是粒子的另一個屬性，要么是粒子的基本現實。泛心論有兩個不同的版本。但他們認為空間、時間和粒子是基本的現實。我再次強調，最高水準的科學告訴我們事實并非如此。

作為一名科學家，我認真對待物理學和自然選擇的演化。這些理論告訴我們，空間和時間不是基本的。所以，盡管我的同事非常優秀，但他們正在研究的關于意識的理論，不說全部，至少有99%是沒有可能得到論證的，因為他們假設空間、時間和粒子是基本現實。甚至二元論（dualist）的框架也不正確，因為二元論至少有一半是關于空間和時間的。

我的態度是，我不知道現實是什么。但是為什么不從意識的數學模型著手呢？將意識視為一個獨立的研究對象，而非神經元中誕生的某種東西、不是從人工智能復雜電路中出現的東西，完全是時空之外的意識。讓我們嘗試建立一個意識的數學模型，并展示空間和時間如何僅僅是一副VR頭戴設備，僅僅是一個虛擬現實，我們稱之為意識主體（conscious agents）。有些意識主體將這副“頭戴設備”視為與其它意識主體相互作用和理解彼此之間互動的一種方式。

我們要反其道而行之。科學認為空間和時間是基本的，意識是后來出現的。讓我們反過來想：意識是基礎，空間和時間只是意識主體可以用來相互理解和互動的數十億副各不相同的“頭戴設備”的其中一個。這完全顛覆了原來的思維邏輯。

唐納德：我首先要說的是，人們認為量子力學是一種基礎物理學。事實證明不是。量子力學不是基礎的。當我們放開空間和時間，我們也不得不放開量子理論，因為這兩者是齊頭并進的。像尼瑪·阿卡尼-哈米德（Nima Arkani-Hamed）這樣的物理學家表示，我們需要找到超越時空和量子理論的更深層次的物理學。這些超越時空的結構沒有希爾伯特空間（Hilbert space）、沒有量子理論，也沒有振幅多面體。他們所展示的是時空和量子理論作為虛擬現實的“頭戴設備”一起出現。

*譯者注：希爾伯特空間（Hilbert space）由德國數學家大衛·希爾伯特（David Hilbert）提出。他在對積分方程的研究中研究了希爾伯特空間。馮·諾伊曼在其1929年出版的關于無界厄米算子的著作中，最早使用了“希爾伯特空間”這個名詞。它是歐幾里德空間的直接推廣。對希爾伯特空間及作用在希爾伯特空間上的算子的研究是泛函分析的重要組成部分。

我們認為，通過量子理論，我們已經觸及了物理學最深刻和最基本的數學模型。在量子理論的背后，有更深層次的結構，稱為振幅多面體。不管你信不信，其核心是被稱為“裝飾性排列（decorated permutations）”的東西。這些結構比量子理論要深得多。

至于時間，在我們的時空模型中，時間和原因是基本屬性。在量子場論（quantum field theory）中，時間是一個基本參數。在自然選擇的演化過程中，時間是最關鍵的有限資源。但事實證明，我們可以有意識主體的動力學，從數學的角度來說，這樣的動力學十分精確，其中沒有熵時間（entropic time）。動力學的熵是恒定的，它不會隨著動力學序列的繼續而增加。

從這個意義上說，動力學沒有熵的時間感——就像熱力學第二定律的時間感一樣。很容易證明這種馬爾可夫動力學（Markovian dynamics）的任何投影都具有熵時間。當你通過條件概率（conditional probability）進行投影時，它是一個微不足道的證明，表明投影對更深層次動力學的那種有限視角——必然有一個熵時間，正如時間之箭一樣，筆直向前，永不回頭。

我認為時間和熵增不是基本的，而僅僅只是投射的產物。當你進入一個沒有熵時間的更深層次的現實，并從有限的角度看待它，然后作為你局限性的產物，你得到了量子理論，你得到了時間，你得到了熱力學第二定律。

從某種意義上說，因果關系的一個特點是，原因必須先于結果。如果沒有先后的概念和熵時間的概念，那么我們就必須以一種更基本的方式來考慮整個因果關系的概念。空間和時間都不是基本概念，這會迫使我們深入挖掘因果關系的概念。在量子設置中，你可以設置違反因果關系的環路。盡管量子理論不具備基礎性，但我們可以用它來研究這些違反因果關系的行為。本質上，你得到了因果順序的疊加。

唐納德：我認為有幾種方法可以研究意識。一種是幾千年來東西方一直使用的傳統方法。精神傳統各異的人們一直在做冥想和呼吸練習，將注意力集中在意識上，以第一人稱視角發現關于意識的各種事情。我認為這是一個很好的方法。另一方面，在過去的100年里，科學已經開發出了一些工具，使我們可以從嚴格的第三人稱角度來解決意識問題。我們可以結合第一人稱的冥想類觀點和第三人稱的科學觀點來研究它。

精神傳統已經從數千年的冥想和對意識的觀察中獲得了非常深刻的洞見。科學家們應該仔細傾聽這些洞見。精神傳統還沒有把這些洞見轉化為精確的理論，但科學家們知道如何做到這一點。自伽利略以來，科學家們已經學會了如何將我們的直覺和想法變成可論證的精準數學理論。我認為，我們應該鼓勵追求實際的科學家和各種精神傳統領域研究意識的專家們相互合作、分享觀點。

我認為許多精神傳統都將文字視為“指針”——文字所述的任何東西都不是真理，它們只是指針，就像《道德經》一樣。我完全認同《道德經》的第一句——道可道，非常道。這些話，甚至科學理論，都不是真理，它們只是指針。但科學已經學會了如何獲得精妙的指針。這就是科學指針真正強大的地方：它們會告知你自己的局限性在哪里。

許多精神傳統存在的一個問題是很容易變得教條主義：“我們擁有真理，而你沒有。我們的方法比你的好。我們是對的，你錯了。”我們過于相信這些指針，深陷其中無法自拔。當精神傳統告訴我們指針只是指針時，我們卻認為自己的指針才是正確的。不要太認真地對待指針，超越指針。

科學的指針告訴你自己的局限性在哪里。就像愛因斯坦的空間和時間理論一樣，當我們審視這個理論時，它告訴我們它的局限性。例如，當你將愛因斯坦的引力理論與量子場論結合起來時，它會告訴你在小于10-33厘米或10-43秒時，時空概念沒有意義。指向意識的科學指針，其美妙之處在于避免了教條主義。它們是精確的，給予我們精確的洞察力，并且準確地告訴我們這些洞察力的局限范圍——意識尚有許多未被探索的領域——這樣我們就不會教條主義了。

你會發現這是回答你問題的一個復雜答案。我們應該汲取精神傳統的洞見，我們應該采用科學的新方法，并將它們結合起來，以創造新的指針。精神傳統會遇到困難，因為它們喜歡自己的指針，可能并不想放棄這些指針。而科學家不得不放棄空間和時間，盡管他們不想這樣做。他們不喜歡意識是基礎的這一想法。兩邊都不容易。但我認為下一代科學家會這樣做，利用神經科學、人工智能、精神傳統的洞見還有數學，獲得一種科學的靈性。它不排除個體的重要意義，而是幫助我們理解我們是什么，幫助我們獲得指向現實的指針。即使我們明白，你是誰的現實將永遠超越任何科學理論、任何精神指針。

唐納德：一旦我們邁入超越演化論的理論水平，我們就不必擔心其限制。雖然演化說我們的感官沒有顯示真相，一旦我們進入更深層次的框架，我們也許可以對此釋懷。我們不必相信演化論的含意。這取決于我們更深層次的理論是什么。但我自己的態度是，無論更深層次的理論帶領我們在科學的道路上走多遠，無法解釋的現實都將是無限的。換句話說，無論走多遠，科學都只會觸及表面。即使十億年后，假如我們有了數以百萬計的新理論和越來越深的理論，我們也才剛剛開始。這對科學家來說是無限的工作保障。科學家永遠不會失業，因為總會有更深層次的理論。

在某種意義上，我想說我們每個人都是無限復雜的。我們每個人在空間和時間上都不是一塊150磅重的微不足道的肉塊。我們自己是無限復雜的。正如被刻在阿波羅神殿門前的德爾斐神諭（Oracle of Delphi’s）所述，科學的本質就是研究我們自己。對自己的探索是無限的，因為我們是無限復雜的。沒有任何科學理論能夠探查它的深度。然而，不知何故，通過這些不同類型的科學理論——精神傳統所謂的“形式”，我們天性中的一部分驅使我們探索自己究竟是什么。我們使用形式來探索我們永遠無法完全探索的廣闊意識。

唐納德：進行此類研究的方式有很多，這取決于你的興趣和天賦。如果你有數學天賦并且喜歡物理學，那么我會建議看看尼瑪·阿卡尼-哈米德（Nima Arkani-Hamed）正在研究什么。他們發現了一些超越空間和時間的結構。物理學家說空間和時間不具有基礎性，有更深層次的結構。我們需要研究的是弄清楚這些超越空間和時間的結構是什么，以及它們如何與關于意識的更深層次的想法聯系起來。

對于那些想閱讀具體論文的人，我有一篇名為objects of consciousness的論文，可以在網上免費獲取。論文里有一個關于意識的數學模型，我不是說這個數學模型是正確的，但它是準確的。你可以搜索一下我的名字，就可以找到我和其他合著者們在意識數學模型方面撰寫的論文。

我還有一本書，書名是The case against reality: Why evolution hid the truth from our eyes，即將發行中文版。如果大家有興趣進入整個意識研究領域，那是一本很好的書，可以幫助大家了解意識相關的各種問題和觀點。我在書里會直接用腳注告訴讀者，哪里可以閱讀原始論文。我建議對意識領域感興趣的學生閱讀這本書（這本書只是入門級的，不算什么進階類書籍），然后還可以閱讀書中列出的論文。大家可以自己閱讀真正的科學論文，這將是一個很好的起點。