人工智能之意識(shí)的因果耦合機(jī)制研究

樊岳紅

摘 ? 要： 傳統(tǒng)研究將意識(shí)建構(gòu)為一種主體內(nèi)部認(rèn)知過程或一種計(jì)算過程，但人們?cè)诮忉屩黧w意識(shí)現(xiàn)象甚至是機(jī)器意識(shí)時(shí)，并不需要預(yù)設(shè)主體內(nèi)部狀態(tài)與外部環(huán)境刺激之間的二元對(duì)立，因?yàn)橐庾R(shí)既不是由主體內(nèi)部計(jì)算過程產(chǎn)生的，也不是外部環(huán)境刺激的產(chǎn)物，而是主體內(nèi)部神經(jīng)元結(jié)構(gòu)與外部環(huán)境刺激之間因果耦合的結(jié)果。據(jù)此，圍繞“因果耦合性”展開三方面的討論：首先強(qiáng)調(diào)意識(shí)不是某種內(nèi)部計(jì)算過程，而是與環(huán)境因果耦合的產(chǎn)物;其次討論因果耦合機(jī)制的理論優(yōu)勢(shì);再者分析人工智能體擁有類人意識(shí)的可能性。

關(guān)鍵詞： 人工智能;機(jī)器意識(shí);因果耦合;基因算法;認(rèn)知結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TP18 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1004-8634（2021）06-0013-（08）

DOI：10.13852/J.CNKI.JSHNU.2021.06.002

一、引言

人類以及許多動(dòng)物都能表現(xiàn)出一種綜合性的認(rèn)知能力，但是這種認(rèn)知能力究竟是如何從生物系統(tǒng)中產(chǎn)生的，以及它在多大程度上可以被人工智能體復(fù)制和使用，目前仍然是個(gè)未知數(shù)。迄今為止，至少人工智能還無法表現(xiàn)出一種整合心靈的意識(shí)及能力。1一般來說，“意識(shí)”指稱了某種現(xiàn)象經(jīng)驗(yàn)，如行動(dòng)的統(tǒng)一性、信息整合、符號(hào)基礎(chǔ)、自主發(fā)展和內(nèi)在目標(biāo)等。2雖然意識(shí)是人類主體的普遍特征，但人們尚不清楚意識(shí)產(chǎn)生的充要條件。一方面人類在運(yùn)動(dòng)感知、識(shí)別事物以及規(guī)劃任務(wù)等方面都表現(xiàn)出了驚人的能力，但另一方面意識(shí)究竟是如何產(chǎn)生和運(yùn)行的，人們?nèi)匀徊坏枚?/p>

一般來說，主體的意識(shí)經(jīng)驗(yàn)主要涉及兩個(gè)方面的內(nèi)容：一方面是關(guān)涉主體對(duì)某個(gè)或某些外在事物的知覺經(jīng)驗(yàn);另一方面則涉及主體對(duì)多個(gè)對(duì)象進(jìn)行整合后的知覺經(jīng)驗(yàn)。例如，當(dāng)我們對(duì)草莓進(jìn)行感知時(shí)，我們不僅擁有關(guān)于草莓本身的顏色、大小、氣味等方面的知覺經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)還會(huì)擁有草莓、水果店和其他水果等周邊事物整合后的知覺經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)上述兩方面的知覺經(jīng)驗(yàn)共同出現(xiàn)時(shí)，我們是否能斷言，人們就擁有了關(guān)于草莓的統(tǒng)一意識(shí)經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？換言之，如果機(jī)器也擁有這兩方面的知覺經(jīng)驗(yàn)，那么是否也擁有類似于人類的意識(shí)經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？有沒有這樣一種可能性，即設(shè)想出一種通用的意識(shí)機(jī)制來探索人類、動(dòng)物及機(jī)器的統(tǒng)一意識(shí)呢？如果我們只把意識(shí)看作是某種自然產(chǎn)物，那么在原則上關(guān)于通用意識(shí)機(jī)制的探究似乎是有可能的，尤其是在當(dāng)前物理論成為主流研究范式的情況下，大多數(shù)物理論者更愿意將意識(shí)看作某種物理過程。在自然已經(jīng)進(jìn)化出有意識(shí)個(gè)體的情境下，意識(shí)很有可能只是一種生物與物理過程相結(jié)合的產(chǎn)物。由此，意識(shí)具有某種通用的物理結(jié)構(gòu)是可能的，人們不僅可以使用這一通用結(jié)構(gòu)來解釋人類意識(shí)現(xiàn)象，還可以用其來闡明動(dòng)物和人工智能體的意識(shí)結(jié)構(gòu)。

當(dāng)前關(guān)于意識(shí)的研究，要么是以“計(jì)算方法”為主導(dǎo)，要么是使用“行動(dòng)-導(dǎo)向的方法”（action-oriented approaches）。本文將著重討論后一種研究進(jìn)路，即行動(dòng)-導(dǎo)向的方法。所謂“計(jì)算方法”是指意識(shí)是主體（行動(dòng)者）內(nèi)部所執(zhí)行的一種特殊計(jì)算過程，或者說意識(shí)是從主體內(nèi)部突現(xiàn)出來的一種計(jì)算屬性。而“行動(dòng)-導(dǎo)向的方法”則更加關(guān)注行動(dòng)者與環(huán)境（對(duì)象）之間感知運(yùn)動(dòng)的耦合過程。1從行動(dòng)-導(dǎo)向的方法來看，意識(shí)并不是某種內(nèi)部認(rèn)知過程，而是主體內(nèi)部神經(jīng)元結(jié)構(gòu)與外部環(huán)境刺激之間因果耦合的結(jié)果。如果主體與環(huán)境因果耦合的過程可以解釋意識(shí)的基本結(jié)構(gòu)，那么意識(shí)就不只具有某種內(nèi)在屬性，還具有因果耦合性。接下來，本文將概述意識(shí)的因果耦合機(jī)制，然后運(yùn)用該機(jī)制來分析人工智能有意識(shí)的可能性。

二、主體意識(shí)的因果耦合解釋

當(dāng)前關(guān)于意識(shí)問題的研究所面臨的難題在于，人們不知道意識(shí)究竟是與哪些物理活動(dòng)直接相關(guān)的，由此，人們也無法預(yù)測(cè)意識(shí)會(huì)以何種方式出現(xiàn)。從計(jì)算主義的觀點(diǎn)來看，當(dāng)對(duì)某個(gè)物理系統(tǒng)進(jìn)行解釋時(shí)，使用某種計(jì)算方法就能描述和說明意識(shí)的物理過程。但是這種“計(jì)算方法”不太可能對(duì)意識(shí)做出令人滿意的解釋。當(dāng)我們對(duì)某個(gè)物理系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，很多情況下并不會(huì)產(chǎn)生意識(shí)現(xiàn)象。例如我們對(duì)行星軌道進(jìn)行計(jì)算，或者考慮自動(dòng)販賣機(jī)的計(jì)算過程……這些都不會(huì)產(chǎn)生意識(shí)現(xiàn)象。正如生成論者所強(qiáng)調(diào)的那樣，“如果人們能夠提供一種理論來解釋所有的感覺運(yùn)動(dòng)和行為，那么為什么還要在主體和世界之間加上像意識(shí)之類的東西呢”？2 因此，無論人們?cè)噲D將意識(shí)解釋成什么，都不應(yīng)當(dāng)只將其看作一種計(jì)算或操作過程。事實(shí)上，意識(shí)是自然過程與社會(huì)過程的產(chǎn)物，人類的行為比純粹的計(jì)算有著更多的特征，如果人們只是基于計(jì)算或行為來解釋意識(shí)現(xiàn)象，那么這種解釋根本無法說明主體的自主性和自適應(yīng)性。

如果考慮使人工智能具有類人意識(shí)，或者在人工智能中復(fù)制人類意識(shí)，那么使用“計(jì)算方法”是存在問題的。況且這種“計(jì)算方法”還預(yù)設(shè)了主體內(nèi)部與外部、計(jì)算與物理、輸入與輸出以及過程和動(dòng)作之間的區(qū)分，如果我們?cè)噲D通過物理系統(tǒng)來構(gòu)建意識(shí)的基本結(jié)構(gòu)，那么這種區(qū)分是不必要的。在物理世界中最基本的關(guān)系應(yīng)該是因果關(guān)系，如果我們重新考慮一種關(guān)于意識(shí)解釋的新進(jìn)路，那么意識(shí)的因果耦合解釋應(yīng)該是一種不錯(cuò)的選擇。在這種新的解釋中不再需要預(yù)設(shè)主體與環(huán)境、內(nèi)部認(rèn)知和外部刺激之間的區(qū)分。意識(shí)的因果耦合理論強(qiáng)調(diào)，意識(shí)是主體神經(jīng)元與外部對(duì)象（環(huán)境刺激）之間因果耦合的產(chǎn)物，身體的物理結(jié)構(gòu)和環(huán)境是同一物理系統(tǒng)中的不同事物。如果意識(shí)是外部對(duì)象與主體神經(jīng)元因果耦合的產(chǎn)物，那么我們就可以在物理系統(tǒng)中建構(gòu)一種關(guān)于意識(shí)的新模型，運(yùn)用這一模型可以克服“知覺體驗(yàn)”和“物質(zhì)世界”之間的解釋鴻溝。也就是說，在解釋意識(shí)現(xiàn)象時(shí)，我們只需要關(guān)注物理系統(tǒng)即可，而無須關(guān)注人們的內(nèi)在心理狀態(tài)。

當(dāng)然，對(duì)意識(shí)進(jìn)行因果耦合解釋時(shí)，其基本立場(chǎng)應(yīng)該是中立的，它既不涉及表征等主觀概念，又不涉及主體內(nèi)部與外部之分?；诖耍覀兯枰龅氖怯靡蚬椒▉碚f明主體神經(jīng)元與環(huán)境刺激是如何在物理系統(tǒng)中相互關(guān)聯(lián)、相互作用的，從而使意識(shí)得以產(chǎn)生。為了說明因果耦合機(jī)制是如何在實(shí)踐中起作用的，下面以具體事物為例?，F(xiàn)假設(shè)在外部世界有三種具體的物理事物：交通信號(hào)燈、行人張三以及斑馬線。三者分別用符號(hào)A、B和C來替代，A、B、C位于同一時(shí)空之中，并且三者之間也沒有任何共同之處，其中A、B、C在環(huán)境中存在的時(shí)間為t，而人們看到A、B、C的時(shí)間為t1。

現(xiàn)在假設(shè)小紅看到“張三在綠燈亮了時(shí)走過了斑馬線”（A、B、C），小紅產(chǎn)生這一事件的知覺時(shí)間為t1，對(duì)于小紅來說，t1=t。當(dāng)小紅看到這些事件后會(huì)產(chǎn)生某種整合后的知覺經(jīng)驗(yàn)，這是由于小紅大腦內(nèi)部神經(jīng)元活動(dòng)N與外部事物A、B、C之間產(chǎn)生了某種因果關(guān)聯(lián)。假設(shè)小紅的大腦神經(jīng)元活動(dòng)N和外部事物A、B、C之間產(chǎn)生某種因果關(guān)聯(lián)的時(shí)間為t2，由于介質(zhì)的影響或者神經(jīng)活動(dòng)的復(fù)雜性，二者之間的關(guān)聯(lián)可能會(huì)出現(xiàn)延遲。在此，t1與t2的區(qū)別在于，t1是小紅看到A、B、C之后所產(chǎn)生某種直接知覺經(jīng)驗(yàn)的時(shí)間，而t2則是小紅大腦神經(jīng)元N與A、B、C三種事物產(chǎn)生因果關(guān)聯(lián)的時(shí)間。

由于大腦的中央處理系統(tǒng)會(huì)對(duì)A、B、C的知覺經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行自主整合，從而創(chuàng)造出整合后的現(xiàn)象P，它不同于A、B、C的現(xiàn)象屬性，我們姑且將P稱為A、B、C的現(xiàn)象整合。當(dāng)然，在時(shí)間上，P所出現(xiàn)的時(shí)間與A、B、C出現(xiàn)的時(shí)間幾乎是同步的，因此我們可以將現(xiàn)象P所出現(xiàn)的時(shí)間也近似地定義為t1。當(dāng)整合后的現(xiàn)象P出現(xiàn)時(shí)，大腦內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一種新的神經(jīng)元活動(dòng)過程N(yùn)1。1

為了進(jìn)一步說明整合后的現(xiàn)象P，我們?cè)嚳紤]如下場(chǎng)景：假設(shè)某銀行有某種特制的保險(xiǎn)柜，要打開需要銀行工作人員和顧客把各自手中的鑰匙同時(shí)插入轉(zhuǎn)動(dòng)。這一場(chǎng)景猶如三個(gè)原本獨(dú)立的事物——兩把鑰匙和保險(xiǎn)柜（如同A、B和C），三者整合后構(gòu)成了一種新的整體現(xiàn)象P（即打開了門鎖），P又會(huì)導(dǎo)致新的神經(jīng)元活動(dòng)N1的出現(xiàn)。因此，只有當(dāng)大腦中有N1出現(xiàn)時(shí)，關(guān)于P的神經(jīng)活動(dòng)才會(huì)顯現(xiàn)，這就像沒有插入之前的兩把鑰匙彼此沒有關(guān)聯(lián)（正如A、B、C沒有整合之前是分散的事件一樣），只有同時(shí)插入之后，鑰匙與門鎖一起形成了“鑰匙-門鎖系統(tǒng)”，從而才能打開門鎖，形成P?！拌€匙-門鎖”的分離只是概念上的，在物理系統(tǒng)和因果關(guān)聯(lián)中仍然是一個(gè)整體。“鑰匙-門鎖”系統(tǒng)就如同大腦神經(jīng)元（N1）與外部物理事物（A、B、C及P）共同作用所產(chǎn)生的意識(shí)。

如果從時(shí)間順序來考慮，大腦新神經(jīng)元活動(dòng)N1出現(xiàn)的時(shí)間為t2，而P出現(xiàn)的時(shí)間則為t1，t1在t2之前意味著N1是在P出現(xiàn)之后形成的。但如果我們想知道P存在與否，似乎又必須先查看N1是否出現(xiàn)。也就是說，只有N1出現(xiàn)了，我們才能說P已經(jīng)存在，否則對(duì)應(yīng)于P的神經(jīng)元活動(dòng)也不復(fù)存在。這似乎表明又要用N1的存在（t2）來說明P的存在（t1）。如此一來，在解釋N1與P之間的關(guān)系時(shí)會(huì)出現(xiàn)一種惡性循環(huán)，即P在時(shí)間上先于N1，但是P又必須借助N1來說明，由此會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)孰先孰后的問題。如果從時(shí)間上來看，P（t1）出現(xiàn)在N1（t2）之前，這是否意味著，如果要解釋P，N1必須在時(shí)間上改變，或是必須進(jìn)行時(shí)間上的因果回溯呢？答案是否定的。

為了解決上述循環(huán)論證的問題，一種比較好的解決辦法是強(qiáng)調(diào)在N1出現(xiàn)之前，P是不飽和的狀態(tài)。這種情況類似于彩票中獎(jiǎng)，不管持有者是誰，事實(shí)上他（她）一早就已經(jīng)持有了，但是最終的結(jié)果也只有在彩票被抽（搖）出來之后才能真正知道。從物理解釋來看，P被認(rèn)為是不飽和的函數(shù)，因此只有當(dāng)作用于它的原因出現(xiàn)時(shí)，它才是飽和的。據(jù)此，我們就不需要援引時(shí)間上的因果回溯。當(dāng)然，為了解釋P和N1之間的關(guān)系，另外一種解決辦法是強(qiáng)調(diào)物理現(xiàn)象在時(shí)間上是有延展性的。當(dāng)一件事物開始呈現(xiàn)時(shí)，人們可能無法完全確定其性質(zhì)，只有在因果關(guān)系中才能確定。雖然過去已經(jīng)發(fā)生的事物無法在時(shí)間上往回追溯，但是過去的事物也可以由現(xiàn)在所發(fā)生的事情來定義，因?yàn)槭挛锏陌l(fā)展過程在時(shí)間上是有延展性的。如此一來，我們就不需要從時(shí)間上預(yù)設(shè)事物從t2回到t1。

接下來考慮將因果耦合的方法應(yīng)用于對(duì)顏色的感知。如考慮紅色是由一組分散的物理特性組合而成的散射波，其波長(zhǎng)范圍在622～760納米之間，它不易被散射并且可以傳播較長(zhǎng)的距離等，這些都是關(guān)于“紅色”的一些物理特性的描述。當(dāng)然，紅色的物理特性有許多，直到被整合成現(xiàn)象P之后，并在大腦中有對(duì)應(yīng)的N1出現(xiàn)時(shí)，才能說明大腦產(chǎn)生了一種關(guān)于紅色的聯(lián)合效應(yīng)，人們才能感知到“紅色”的存在。但這里存在的問題是，人們?nèi)绾文芙忉審纳⑸洳ǎㄎ锢磉^程）到顏色感知（感知到紅色）的逐步過渡呢？事實(shí)上，關(guān)于顏色的知覺解釋與鑰匙-門鎖的解釋也有類似之處，即在各個(gè)部分產(chǎn)生一種聯(lián)合效應(yīng)之前，這些組成部分本身并不構(gòu)成一個(gè)整體，就如同只有將兩把鑰匙同時(shí)插入才能打開保險(xiǎn)柜的門鎖一樣。對(duì)紅色的感知是入射波長(zhǎng)因果融合的結(jié)果，也就是說，關(guān)于紅色的感知既不是一種內(nèi)在的知覺，也不是一種精神上出現(xiàn)的“紅墨水”，看到紅色是神經(jīng)事件與外在事物因果耦合的結(jié)果。如果考慮色盲的存在，那么物理現(xiàn)象的組合將不可能在主體大腦內(nèi)部形成因果聯(lián)合效應(yīng)N1。

事實(shí)上，大腦神經(jīng)元活動(dòng)的出現(xiàn)會(huì)存在許多偶然因素，例如張三可能因?yàn)榘d癇發(fā)作而無法形成N1，或者運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)性失明以及其他大腦損傷也可能會(huì)干擾和阻止N1的出現(xiàn)。因此，只有“實(shí)際”原因出現(xiàn)并產(chǎn)生某種結(jié)果時(shí)，主體才能意識(shí)到對(duì)象的存在，擁有關(guān)于對(duì)象的感知。這里使用的“實(shí)際”一詞是用來強(qiáng)調(diào)結(jié)果的發(fā)生是強(qiáng)制性的，雖然這種結(jié)果的產(chǎn)生也包含了許多其他偶然因素。

當(dāng)前關(guān)于意識(shí)的因果解釋與標(biāo)準(zhǔn)解釋有著很大的不同。關(guān)于意識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)解釋基于所謂的“內(nèi)在模型”，即將意識(shí)視作神經(jīng)系統(tǒng)的一種內(nèi)部屬性，當(dāng)然，這種內(nèi)在模型并沒有排除外部環(huán)境的影響。內(nèi)在模型強(qiáng)調(diào)個(gè)體和外部世界之間存在一種“解釋層次”（interpretation layer），通過解釋層次可以說明人們的行為、反應(yīng)以及不同的知覺現(xiàn)象。但是在強(qiáng)物理意義上，這種意識(shí)解釋的內(nèi)在模型也面臨若干反對(duì)意見而難以為繼。

首先，內(nèi)在模型強(qiáng)調(diào)要通過主體的內(nèi)部解釋和神經(jīng)元過程來說明意識(shí)現(xiàn)象，但這種解釋觀點(diǎn)是令人生疑的。雖然在過去的幾十年里，各個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)家投入了大量的時(shí)間和精力來探索意識(shí)經(jīng)驗(yàn)的神經(jīng)機(jī)制，但是到目前為止還沒有哪種自然規(guī)律能夠精準(zhǔn)地解釋和預(yù)測(cè)人們的意識(shí)體驗(yàn)是如何由神經(jīng)元活動(dòng)產(chǎn)生的。其次，在內(nèi)在模型解釋中，意識(shí)并不符合物質(zhì)世界的屬性或規(guī)律。如果把這種解釋推到極端，那么就意味著我們?cè)诓粩嗟睾雎浴艾F(xiàn)實(shí)世界”，而用一些內(nèi)在的“幻想”來覆蓋和解釋它。由此，意識(shí)變成了由環(huán)境驅(qū)動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)。第三，如果我們所經(jīng)歷的一切，從痛苦到色彩感知、從圖片到形成音樂知覺……這些都只不過是我們神經(jīng)元的產(chǎn)物，那么隨之而來會(huì)產(chǎn)生一系列問題：為什么神經(jīng)元活動(dòng)能轉(zhuǎn)化為感知現(xiàn)象呢？如果物質(zhì)世界缺乏感受性特征，那為什么作為物質(zhì)世界一部分的大腦在這方面會(huì)表現(xiàn)得更好呢？為什么大腦可以創(chuàng)造有意義的音樂知覺，而物質(zhì)世界中的大提琴卻不能創(chuàng)造出有意義的音樂知覺呢？如果紅色不能從紅色草莓中突現(xiàn)出來，那么顏色又是如何從神經(jīng)元活動(dòng)中突現(xiàn)出來的呢？

事實(shí)上，“看到紅色”的知覺意識(shí)是由紅色的若干物理特性與大腦神經(jīng)過程整合后形成的，正如“鑰匙”和“門鎖”之間的匹配過程。此時(shí)，紅色不再是主體的某些內(nèi)在表象，而是發(fā)生在時(shí)間和因果中的知覺延展現(xiàn)象。這種關(guān)于意識(shí)的解釋更多的是強(qiáng)調(diào)外部事件和內(nèi)部感知的因果耦合過程，即知覺體驗(yàn)是由N1和P因果耦合的結(jié)果。關(guān)于意識(shí)的因果耦合過程，我們可以概述如下：外部事件與大腦神經(jīng)事件形成了一個(gè)“鑰匙-門鎖”系統(tǒng)，外部事件會(huì)產(chǎn)生一些特定的神經(jīng)元活動(dòng)，也就是說“鑰匙-門鎖”系統(tǒng)的目標(biāo)是允許外部事件與主體神經(jīng)元之間擁有某種因果耦合過程，最終認(rèn)知的結(jié)果是內(nèi)部過程和外部事物的整合。因此，看到紅色既是一個(gè)人的意識(shí)經(jīng)驗(yàn)，又是關(guān)于外部對(duì)象的經(jīng)驗(yàn)屬性。綜上所述，意識(shí)的因果耦合解釋似乎比意識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)解釋擁有更強(qiáng)的解釋力和說服力。

三、因果耦合機(jī)制的理論優(yōu)勢(shì)

我們?yōu)槭裁磿?huì)有諸如疼痛、顏色、味道等現(xiàn)象性的知覺體驗(yàn)?zāi)?？為什么?huì)存在關(guān)于各種信息的感官意識(shí)呢？當(dāng)我們運(yùn)用因果耦合理論來解釋這種知覺體驗(yàn)和感官體驗(yàn)時(shí)，心靈和外在世界不再是兩個(gè)相互不可通約的自主領(lǐng)域，而是屬于同一物理領(lǐng)域的事物。事實(shí)上，當(dāng)我們進(jìn)一步考察因果耦合理論時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)這種解釋不僅可以規(guī)避查爾默斯的意識(shí)難題，而且還具有如下四個(gè)方面的理論優(yōu)勢(shì)：

第一，因果耦合理論消解了心靈與身體之間的顯性及隱性二元論之爭(zhēng)。相對(duì)于物質(zhì)與靈魂，或者相對(duì)于身體與心靈的傳統(tǒng)二元論來說，這種因果耦合解釋表明大腦認(rèn)知和外部對(duì)象是并存的，但不需要區(qū)分主體看到事物的樣子和事物本身所是的樣子。

第二，因果耦合理論消解了意識(shí)的私密性。與傳統(tǒng)解釋不同，意識(shí)到某物不再是個(gè)體解釋者內(nèi)部創(chuàng)造的“私人”事件，即它不再具有排他性，也不再是一種不可逾越的形而上學(xué)“隱私”。在大腦神經(jīng)過程和外部對(duì)象同時(shí)存在的情況下，通過內(nèi)部和外部之間相互的因果作用就能產(chǎn)生關(guān)于對(duì)象的某種知覺體驗(yàn)或意識(shí)。

第三，運(yùn)用因果耦合理論來定位心靈（意識(shí)）的位置是有可能的。在廣泛的物理過程中，我們可以通過同一論來進(jìn)一步說明意識(shí)現(xiàn)象。當(dāng)然，這里的同一并不是指將意識(shí)等同于大腦的神經(jīng)元活動(dòng)，而是將意識(shí)等同于因果耦合過程。運(yùn)用因果耦合理論可以闡明意識(shí)可能是在身體之外的。這與人們認(rèn)為意識(shí)是位于自己身體內(nèi)部的觀點(diǎn)并不矛盾，例如小明不小心割傷了自己大拇指，此刻小明不會(huì)感覺到大腦內(nèi)部的疼痛，而只能感覺到大拇指割傷部位在疼痛。因此，我們的意識(shí)體驗(yàn)不一定只是位于我們身體內(nèi)部。

第四，因果耦合理論可以解釋幻覺和做夢(mèng)等現(xiàn)象。幻覺和夢(mèng)不是某種反應(yīng)過度的內(nèi)部解釋，而是環(huán)境中真實(shí)特征的非正常聯(lián)結(jié)。做夢(mèng)只是對(duì)我們過去某些“無聊”成分的重新組合，它們可能是荒誕不經(jīng)的，由于信息傳輸?shù)乃俣炔煌懈兄w驗(yàn)在對(duì)象和神經(jīng)活動(dòng)之間會(huì)有一個(gè)時(shí)間差。如果把這兩種想法結(jié)合起來考慮，就可以得出夢(mèng)境和幻覺可能是人們對(duì)世界認(rèn)識(shí)的重新組合，但夢(mèng)境和意識(shí)都是由相同物質(zhì)材料構(gòu)成的。

事實(shí)上，意識(shí)的因果耦合解釋與標(biāo)準(zhǔn)解釋的根本差別還在于，兩者解釋意識(shí)的進(jìn)路是不同的，甚至是截然相反的。1

標(biāo)準(zhǔn)解釋：[認(rèn)知活動(dòng)]（導(dǎo)致）[意識(shí)的產(chǎn)生]。

因果耦合解釋：[意識(shí)=因果耦合結(jié)構(gòu)]（導(dǎo)致）[認(rèn)知活動(dòng)]。

在意識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)解釋中，一般主張人們的意識(shí)是由各種認(rèn)知活動(dòng)所產(chǎn)生的，即人們的各種認(rèn)知活動(dòng)最終導(dǎo)致了內(nèi)在意識(shí)的產(chǎn)生。在意識(shí)的因果耦合解釋中，主張意識(shí)等同于因果耦合結(jié)構(gòu)，并且因果耦合結(jié)構(gòu)（意識(shí)）導(dǎo)致了人們認(rèn)知活動(dòng)的產(chǎn)生。通過對(duì)兩種解釋的比較分析，可以得出標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)知方法是通過一組無意識(shí)計(jì)算過程和認(rèn)知模塊來解釋意識(shí)是如何產(chǎn)生的;因果耦合理論則主張意識(shí)不是某種內(nèi)在的事物，而是主體神經(jīng)元結(jié)構(gòu)與外在對(duì)象或環(huán)境之間因果互動(dòng)的產(chǎn)物。

四、從因果耦合和基因算法來看機(jī)器意識(shí)

“智能”是意識(shí)最為核心的概念之一，或許也是最難理解的概念之一。智能顯然并不局限于人類，當(dāng)談及機(jī)器意識(shí)時(shí)涉及的是一種介于大腦沙文主義（只有人類大腦才能產(chǎn)生意識(shí)）和功能主義（某類心理狀態(tài)同等于某類功能狀態(tài)）之間的觀點(diǎn)。那么機(jī)器能獲得真正的“智能”或意識(shí)嗎？為了說明這一問題，我們可以嘗試將因果耦合理論運(yùn)用于解釋機(jī)器意識(shí)的問題。意識(shí)的因果解釋強(qiáng)調(diào)意識(shí)不是特殊計(jì)算的結(jié)果，而是與主體相關(guān)的某種耦合結(jié)構(gòu)，如果想讓機(jī)器具有真正的智能，那么我們所需要做的是讓其具有某種現(xiàn)象意識(shí)。

為了說明機(jī)器如何才能具備現(xiàn)象意識(shí)，必須考慮機(jī)器的硬件或結(jié)構(gòu)。如果從機(jī)器的構(gòu)成方式來看，機(jī)器的每種構(gòu)件都必須使用某種通用的結(jié)構(gòu)，例如機(jī)器人小明和機(jī)器人小紅必須使用相同的“基本模塊”，可以進(jìn)行自由復(fù)制以應(yīng)對(duì)多種感官模式和相關(guān)刺激的需求?！盎灸K”還要確保機(jī)器意識(shí)的可擴(kuò)展性及與其他模塊的交互性。原則上，人們可以為機(jī)器或人工智能增加許多模塊來提高其性能，當(dāng)然，模塊本身也會(huì)受到系統(tǒng)資源的限制。進(jìn)一步來說，機(jī)器的基本模塊不僅要說明算法與算法之間的相互關(guān)系，更為重要的是，要發(fā)展人工智能的某種意向性，那么機(jī)器的基本模塊必須與外在環(huán)境結(jié)構(gòu)具有因果耦合性。

考慮整個(gè)生物系統(tǒng)的發(fā)展史，人工智能如果要具備意識(shí)，那么至少應(yīng)該具有與哺乳動(dòng)物一樣的大腦結(jié)構(gòu)，換言之，人工智能、人類和哺乳動(dòng)物身上的神經(jīng)依據(jù)應(yīng)該是一致的。但是，目前大多數(shù)人工智能產(chǎn)物都達(dá)不到這一要求，許多機(jī)器人的架構(gòu)只是人類編程的結(jié)果，設(shè)計(jì)者只是為了解決某些傳感運(yùn)動(dòng)、關(guān)系或邏輯等問題而設(shè)計(jì)出特定機(jī)器人。例如機(jī)器人足球賽就是設(shè)計(jì)者利用算法使得機(jī)器人在一場(chǎng)足球比賽中相互競(jìng)爭(zhēng)。雖然在比賽中機(jī)器人表現(xiàn)出了非常高的智能，但這并不是高水平認(rèn)知的真正體現(xiàn)。此外，部分機(jī)器人在某種程度上也能夠?qū)W習(xí)并掌握一些新的技能，但是具備真正意識(shí)的人工智能還是非常少見的，至少到目前為止還沒有哪一種機(jī)器具備的意識(shí)是令人信服的。

當(dāng)然，機(jī)器人對(duì)環(huán)境刺激的適應(yīng)性，與人類和其他哺乳動(dòng)物是完全不同的。人類和其他哺乳動(dòng)物有能力應(yīng)對(duì)環(huán)境的挑戰(zhàn)，其神經(jīng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性在很大程度上超過了它們的基因模型。因?yàn)椴溉閯?dòng)物具有高度的認(rèn)知自主性和神經(jīng)可塑性，大多數(shù)哺乳動(dòng)物不僅能夠?qū)W習(xí)如何來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，而且還能夠?qū)嶋H地去追求目標(biāo)，這是意識(shí)的一種重要體現(xiàn)。在某種程度上，“哺乳動(dòng)物大腦皮層的任何一部分都有可能發(fā)展出某種認(rèn)知技能”。1 如果這一結(jié)論為真的話，那么意味著人類大腦皮層或丘腦皮層具有某種通用的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。這一認(rèn)知結(jié)構(gòu)與輸入刺激無關(guān)，但是我們可以把人類大腦皮層在創(chuàng)建初始意識(shí)模型時(shí)所使用的一般機(jī)制嘗試應(yīng)用于機(jī)器意識(shí)。

人們?cè)噲D設(shè)計(jì)一種通用的認(rèn)知結(jié)構(gòu)來解釋意識(shí)現(xiàn)象，但機(jī)器與哺乳動(dòng)物的不同之處在于，哺乳動(dòng)物的自主性和目的性應(yīng)該是開放的，也就是說，哺乳動(dòng)物的認(rèn)知結(jié)構(gòu)能夠在環(huán)境條件刺激的基礎(chǔ)上自主發(fā)展出新目標(biāo)。為了能夠解釋機(jī)器意識(shí)的問題，學(xué)者們進(jìn)行了一種新的嘗試，即將機(jī)器人的大腦視為一個(gè)多主體系統(tǒng)（multi-agent system，縮寫MAS）。MAS也被認(rèn)為是人類認(rèn)知結(jié)構(gòu)的延展，這樣一種嘗試是為機(jī)器意識(shí)尋找某種可行的物理基礎(chǔ)。2

MAS作為一種實(shí)現(xiàn)人工大腦智能的可能模型，它本身必須提供一種可行的理論框架和方法來解釋人造大腦的功能。在MAS中，每個(gè)軟件主體都將擁有一把“意識(shí)鑰匙”以匹配一種特定的“門鎖”（行為），通過這種方式機(jī)器人大腦可以產(chǎn)生關(guān)于外部事件的意識(shí)現(xiàn)象。事實(shí)上，MAS正是通過因果耦合的方式來建構(gòu)人工智能意識(shí)機(jī)制的，這與研究人類大腦的意識(shí)機(jī)制是完全一致的。當(dāng)前，雖然MAS已經(jīng)具備了很強(qiáng)的解釋力，但這一方法也面臨不少反對(duì)意見。第一是煩瑣性。一種反對(duì)意見強(qiáng)調(diào)MAS這種方法需要大量的編程工作，但機(jī)器卻只能打開少量的“意識(shí)鎖”。第二是非適用性。反對(duì)意見強(qiáng)調(diào)使用MAS方法，程序員可能更傾向于“模仿”人類的意識(shí)，而不是開發(fā)一種適用于機(jī)器人意識(shí)和功能的機(jī)制。第三是不可證明性。我們?nèi)绾巫C明在強(qiáng)意義上一個(gè)機(jī)器人真的具有意識(shí)現(xiàn)象。

針對(duì)上述三種反對(duì)意見，MAS必須整合和優(yōu)化某些算法以便具有更強(qiáng)的解釋力。事實(shí)上，MAS是通過與“基因算法”相結(jié)合的方式來進(jìn)一步闡明機(jī)器意識(shí)問題的。具體來說，MAS必須服從于進(jìn)化過程。進(jìn)化驅(qū)動(dòng)了特定物種的體型、運(yùn)動(dòng)技能及大腦結(jié)構(gòu)等方面的發(fā)展，通過基因算法可以重現(xiàn)或復(fù)制這種生物進(jìn)化的發(fā)展過程，并將之應(yīng)用于機(jī)器學(xué)習(xí)。如果從這一視角來看，通過MAS與基因算法為機(jī)器意識(shí)建立一種統(tǒng)一的學(xué)習(xí)模型似乎是可能的。因?yàn)榛蛩惴ɡ昧松镞M(jìn)化機(jī)制，如繁殖、突變、重組和選擇等，這為機(jī)器學(xué)習(xí)提供了一種重要的理論基礎(chǔ)。意識(shí)-鎖（consciousness-lock）是針對(duì)某特定物種的生活方式而“設(shè)計(jì)”的，如貓對(duì)紅色存在色盲現(xiàn)象，紅色在貓眼里被顯現(xiàn)為灰色的陰影，但貓對(duì)綠色和藍(lán)色卻有著完美的知覺。因此，意識(shí)-鎖的特殊性表明，它可能不是所有生物的總體特征，而是某一個(gè)物種所獨(dú)有的進(jìn)化結(jié)果。在數(shù)百萬年的時(shí)間里，進(jìn)化過程更有利于適應(yīng)環(huán)境的個(gè)體。在進(jìn)化過程中，MAS也能得到優(yōu)化，其優(yōu)化是通過適應(yīng)性功能來實(shí)現(xiàn)的，但是基因突變會(huì)增強(qiáng)遺傳的多樣性，這也是MAS需要考慮的因素。

進(jìn)化計(jì)算是人工智能一個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域，基因算法正是進(jìn)化計(jì)算的一部分。近年來，人們將MAS與基因算法相結(jié)合，在自主測(cè)試等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。目前，基因算法存在的問題在于，從人類的進(jìn)化史來看，人們很難判斷意識(shí)究竟是在進(jìn)化的哪個(gè)階段開始出現(xiàn)的。如果我們無法判斷意識(shí)具體出現(xiàn)的時(shí)間，那么我們?nèi)绾文艽_切地使用基因算法來重建機(jī)器人大腦的進(jìn)化過程呢？事實(shí)上，人類的進(jìn)化史是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，如果考慮意識(shí)是高級(jí)生命的某種形式的話，那么產(chǎn)生這種復(fù)雜形式所必需的遺傳迭代過程大致如下：大約在35億年前，第一種生命形式出現(xiàn)了，它們的功能非常有限，最早的植物和簡(jiǎn)單動(dòng)物出現(xiàn)在7億年前，哺乳動(dòng)物出現(xiàn)在2億年前，類人的生命形式在7000萬年前開始發(fā)展，而我們?nèi)祟悾ㄖ侨耍┲挥?5萬年的歷史。

當(dāng)前，人們討論機(jī)器意識(shí)的發(fā)展步驟，大致有如下三個(gè)過程：（1）每種知覺都是通過單一主體來實(shí)現(xiàn)的，類似于顏色和溫度等有意識(shí)的“知覺整合”都通過單一主體來實(shí)現(xiàn)的，這形成了機(jī)器意識(shí)的“第一代發(fā)展方案”。（2）為了讓機(jī)器能系統(tǒng)學(xué)習(xí)新的元素，需要把機(jī)器人放在一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中，也就是說，必須給機(jī)器人一些具體任務(wù)以實(shí)現(xiàn)它們的“增強(qiáng)意識(shí)”。（3）為了使機(jī)器人大腦結(jié)構(gòu)產(chǎn)生適應(yīng)性，必須考慮基因算法的作用。由此將改變單一主體的繁殖和發(fā)展過程，使其變得更為復(fù)雜。在此過程中，一些新的方案被淘汰，因?yàn)樗鼈儾⒎翘貏e有助于增強(qiáng)機(jī)器人處理任務(wù)的能力。有些方法則會(huì)被保留下來，因?yàn)樗鼈兡茉鰪?qiáng)機(jī)器人處理任務(wù)的能力。經(jīng)此過程之后的機(jī)器人，其大腦結(jié)構(gòu)將被證明具有一種意識(shí)-鎖結(jié)構(gòu)，由于這種意識(shí)-鎖結(jié)構(gòu)具備了復(fù)雜性和適應(yīng)性，從而使機(jī)器人能適應(yīng)特定的環(huán)境。

但是人們可能還會(huì)好奇，怎么能知道機(jī)器人的意識(shí)-鎖已經(jīng)適應(yīng)特定環(huán)境了呢？在此，有兩種方式來加以辨別，首先是在MAS中直接檢查源代碼，從人工主體的“基礎(chǔ)集”開始檢查，人工主體產(chǎn)生的系統(tǒng)將是由新、舊兩種軟件組成的，新軟件系統(tǒng)代表新的意識(shí)能力。人們可以設(shè)計(jì)和分析各種不同測(cè)試案例以研究新的代碼。其次檢查測(cè)試場(chǎng)景。測(cè)試場(chǎng)景是用來說明人工主體的特定感知區(qū)域可以解決特定的任務(wù)，而人工主體這種解決特定任務(wù)的能力將不再是其基本技能的一部分。經(jīng)過幾輪“基因掃描”后，機(jī)器人大腦會(huì)為特定的任務(wù)想出新的解決方案，這需要的是增強(qiáng)意識(shí)。如果機(jī)器人出現(xiàn)了增強(qiáng)意識(shí)，那么就表明它已經(jīng)在某個(gè)領(lǐng)域形成了感知意識(shí)或現(xiàn)象意識(shí)。

此外，將MAS與基因算法相結(jié)合可以克服前文針對(duì)MAS提出的三種反對(duì)意見。首先，從少量的意識(shí)-鎖開始，然后通過基因算法來逐漸增加意識(shí)-鎖的數(shù)量，從而優(yōu)化機(jī)器人系統(tǒng)的行為（針對(duì)煩瑣性）。其次，由于優(yōu)化發(fā)生在特定的環(huán)境中，包括要執(zhí)行特定的任務(wù)和應(yīng)對(duì)特定的挑戰(zhàn)，如果機(jī)器人大腦可以產(chǎn)生正確的因果結(jié)構(gòu)，那么這正是自適應(yīng)的需要（針對(duì)非適用性）。最后，意識(shí)的發(fā)展是否完備，需要對(duì)機(jī)器人自動(dòng)生成的源代碼進(jìn)行解釋，這針對(duì)的是意識(shí)的發(fā)展問題，而不是說明意識(shí)存在的問題。如果一個(gè)機(jī)器人能夠適應(yīng)特定的環(huán)境，那么說明它處于正確的因果結(jié)構(gòu)之中，這也表明機(jī)器人的意識(shí)已經(jīng)得到了證明（針對(duì)不可證明性）。

五、結(jié)語

綜上所述，有大量的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)表明生物在發(fā)展過程中與環(huán)境存在某種因果關(guān)聯(lián)，這一方面說明了意識(shí)存在的物理基礎(chǔ)，另一方面表明人工主體和生物主體擁有相同的因果結(jié)構(gòu)是可能的。在自然界中，大多數(shù)動(dòng)物的行為表明它們至少具有現(xiàn)象意識(shí)，意識(shí)的發(fā)展又伴隨著智力的提高?！斑M(jìn)化優(yōu)化”是迄今為止所知的最強(qiáng)優(yōu)化，如果有一種方法可以在不產(chǎn)生意識(shí)的情況下獲得意識(shí)的所有優(yōu)勢(shì)，那么只有“自然選擇”不必花費(fèi)如此長(zhǎng)的時(shí)間。因此，通過因果耦合方法有助于人們進(jìn)一步闡明人工智能意識(shí)的相關(guān)結(jié)構(gòu)。當(dāng)前MAS與基因算法的結(jié)合已經(jīng)在人工智能或機(jī)器意識(shí)研究中獲得了廣泛的應(yīng)用，但是這一方法本身并沒有說明實(shí)現(xiàn)人工智能意識(shí)的完整步驟。事實(shí)上，一些研究人員已經(jīng)開始考慮人工意識(shí)可能性等問題，但人們?cè)谠O(shè)計(jì)或嘗試實(shí)現(xiàn)有意識(shí)的人工智能時(shí)，由于受到技術(shù)和理論不確定性的影響，對(duì)于如何才能實(shí)現(xiàn)人工意識(shí)，并沒有達(dá)成普遍共識(shí)。

在眾多研究意識(shí)的方法中，因果耦合方法可以說是與眾不同的，它為實(shí)現(xiàn)機(jī)器意識(shí)提供了一種新的發(fā)展思路。因果耦合方法是介于內(nèi)在主義和外在主義之間的，即它利用某種因果結(jié)構(gòu)來研究自我發(fā)展、內(nèi)在動(dòng)機(jī)和情境認(rèn)知等。如果我們能夠知道哺乳動(dòng)物大腦結(jié)構(gòu)的發(fā)展過程，那么通過因果耦合方法，我們便能夠?qū)⒉溉閯?dòng)物的自適應(yīng)性和延展性也應(yīng)用于機(jī)器意識(shí)之中。從技術(shù)角度來看，MAS可以通過基因算法來模擬人類和動(dòng)物大腦的生物進(jìn)化過程，從而讓機(jī)器產(chǎn)生類似于人類和動(dòng)物的獨(dú)立意識(shí)。在強(qiáng)物理意義上，意識(shí)存在于環(huán)境之中，它本身也是一種物理現(xiàn)象，因此，生物體的認(rèn)知結(jié)構(gòu)可以等同于意識(shí)的因果糾纏。在一定程度上，生物體的認(rèn)知是與環(huán)境因果耦合的結(jié)果，即主體關(guān)于對(duì)象的意識(shí)是主體神經(jīng)元與外部對(duì)象因果耦合的結(jié)果。到目前為止，雖然MAS是一種實(shí)現(xiàn)機(jī)器意識(shí)比較有用的認(rèn)知框架，但其模型還是相當(dāng)粗略的，MAS并非要替代人工智能或機(jī)器人技術(shù)中的其他方法，而是要提供一種關(guān)于機(jī)器意識(shí)問題的有益討論。當(dāng)然，我們也期待未來能發(fā)展出關(guān)于機(jī)器意識(shí)解釋更加全面和通用的認(rèn)知模型。

Research on Consciousness of Causal Coupling Mechanism in AI

FAN Yuehong

Abstract： Traditional research constructs consciousness as a kind of subjective internal cognitive process or a kind of calculation process. This paper tries to clarify that people do not need to presuppose the binary opposition between the internal state of the subject and the external environmental stimuli when explaining the phenomenon of subject consciousness or even machine consciousness. Consciousness is neither generated by the subjects internal calculation process， nor the product of external environmental stimuli， but the result of causal coupling between the subject's internal neuronal structure and external environmental stimuli. Accordingly， the paper discusses the causal coupling from three aspects： firstly， the paper emphasizes that consciousness is not some kind of internal calculation process， but a product of causal coupling with the environment; secondly， the theoretical advantages of causal coupling mechanism is discussed; thirdly， the possibility of artificial intelligence having human-like consciousness is analyzed.

Key words： AI; machine consciousness; causal coupling; genetic algorithm; cognitive architecture

（責(zé)任編輯：蘇建軍）