武汉大学蔡恒进 | 揭秘人类自我意识和高级智能进化之谜

2017 年 12 月 13 日 德先生 蔡恒进

人类的自我意识和高级智能如何进化而来依旧是未解之谜。本文指出，人类进化过程中所获得的敏感触觉使得认知主体可以将世界清晰地剖分并封装成“自我”与“外界”的二元模型。人类以此为起点，开启对世界概念化的认知过程，逐渐形成可理解的信念和价值体系，以认知膜的形式进一步确立“自我”在认知上的“实存”。

蔡恒进，空间物理博士，武汉大学国际软件学院教授、博士生导师，研究方向及指导研究生方向为管理科学与工程、软件工程和人工智能。

引言

人类被认为是地球上出现的所有物种中唯一具备高级智能的生物。人类智能产生与进化的原因是一个热门的未解之谜。大约800万年前，人类祖先开始直立行走[1]，这也普遍被视为人类诞生的标志。科学家已经发现的化石表明，早在一两百万年前的更新世（Pleistocene），有一种大袋鼠（Procoptodon）就已经实现了双足直立行走，它们行走的速度较慢，与当时的原始人类行走姿态非常相似[2]。生活在白垩纪晚期的霸王龙（约6800万-6600万年前）也是直立行走的代表之一[3]。这些物种已经实现了直立行走，也存活了相当长的时间，可它们并没有发展出高级智能。

人类智能究竟从何而来？邓巴（Dunbar）[4]提出“社会大脑假说”（The Social Brain Hypothesis），认为人类大脑进化是为了在庞大而复杂的群体中生存和繁衍。某些动物种群也表现出一定的社会复杂性，却没有出现人类经历的智能进化升级。社会性对于种群的进化和个体出生以后的认知形成具有重要作用，但这不能成为人和其他动物在智能水平上产生显著分化的有力解释，我们更倾向于把社会性的强弱看作是智能水平高低的表现。我们要另外寻找人类智能比其他动物能够更快迭代进化的突变因素或者说是“硬件”根源。罗萨（Rózsa）[5]认为，人类大脑容易感染病毒，十分脆弱，人类的性选择倾向于更聪明的个体，就是为了提升后代对抗病原的能力。邓晓芒最近强调了携带工具对人猿之别的重要性[6]。性选择（sex selection）的提出已经超出“物竞天择，适者生存”的范围，而将（雌性）动物的主观偏好纳入其中，但性选择不是人类独有的特征。人类是唯一需要衣服来维持身体恒温的生物，敏感的皮肤会不会就是人类智能快速进化的决定性因素呢？

人工智能的发展也对我们理解人类智能的本质提出了要求。对于机器能否实现人类智能目前有两极化的看法。彭罗斯（Penrose）[7]认为要制造出类似人类智能的机器是非常遥远的事情，即便某台机器通过了图灵测试，也不能断定机器就真的具备了理解能力。霍夫曼和普拉卡什（Hoffman and Prakash）[8]比彭罗斯走得更远，他们认为粒子的能量和位置等等都源自意识单元（conscious agents）的相互作用。另一种观点则认为，人就是由原子构成的“机器”，可以被物理还原，按照现在计算机发展的模式演化机器就能够达到人类智能。以明斯基（Minsky）[9]为代表的研究者认为，精神是“肉体的电脑”，当计算机的算法行为足够复杂，机器自然会出现情绪、审美能力和意识等特质，也就能达到甚至超越人类智能。王培（Wang）[10]认为，一个智能系统不必在内部结构或外部行为上和人脑“形似”，但必须在理性原则上与其“神似”，一个计算机系统是否有智能在于它提供的解是否依赖于系统的历史和处境。

我们认为，人类智能产生的关键在于形成了对“自我”的强烈意识。意识可以存在于宏观尺度，且不需要依赖于量子特性。相比其他生物物种或当前世界顶级的人工智能，人类的超越性主要体现在能想象出超现实的、但最终被证明可以实现的未来，其根源在于人类的认知一开始就建立在对宇宙、对世界的整体剖分上，而由自我意识驱动的“概念”体系的建构、传播与认同过程是超越性的一个典型体现。

触觉的特殊地位

成人大脑约有1000亿个神经元，但婴儿在母体内时，神经元之间的连接很少（或很弱）。婴儿刚出生时脑重量约为370克，两岁时，脑重约为出生时的3倍，三岁时已经接近成人的脑重，在这个阶段脑重的增加伴随着神经元间的连接大量增加[11]。我们认为，在这个阶段外界对皮肤的刺激是温暖、疼痛等强刺激，使婴儿产生了“自我”与“外界”的区分意识。作为对比，很多生物具有高度发达的视觉系统但没有与人媲美的智能可能是因为视觉、嗅觉等刺激不容易将“自我”与“外界”区分开来。

波特曼（Portmann）[12]提出的“分娩困境”暗示，婴儿在母体内就发育到较成熟的大脑才更好（这也意味着长达18—20个月的孕期）。但是我们认为，出生后再发育成熟会更有利于婴儿的未来发展，因为只有在感知世界的过程中再建立大脑内神经元之间的连接才能使个体产生强的自我意识和卓越的智能。例如鸡和乌鸦都是卵生动物，小鸡刚出壳不久就能走路与进食，但乌鸦刚出生时没有绒毛也没有视力，无法离开鸟巢，需要亲鸟饲喂1个月左右才能独立活动[13]；但许多数据显示，乌鸦才是最聪明的鸟类之一，鸡的智能则远不及乌鸦。

恐龙统治地球那么长时间，却没有证据表明它们曾经具有高级智能。恐龙最早出现在2亿3千万年前的三叠纪，灭亡于6千5百万年前的白垩纪晚期，共存在了1亿7千万年。相比之下，最早的人类化石距今约700万年，智能的高速进化大约是在过去的几百万年内完成的。相对人类而言，恐龙皮糙肉厚，这可能就是恐龙未能发展出高级智能的原因。高级智能似乎不是在足够长的时间内单纯依靠“物竞天择、适者生存”来进化就能达到。

在大脑快速发育过程中，个体不仅要具有清晰的边界，还要能适应环境生存下来。因此，只有在特殊条件下产生的基因突变，才能导致高级智能的诞生。在宇宙中，有高级智能生物的星球也因此可能非常稀少，费米悖论[14]也可以看作支持这一观点的一个间接证据。

基于以上发现，我们完全可以设计出一系列的验证实验。例如，可选取繁殖周期较快的动物，如小白鼠等，分成几组进行饲养研究，针对大脑发育关键期对不同组设定不同的环境条件，培养几代后观察其智力表现。

原意识

我们将“原意识”定义为：对“自我”的直观、对“外界”的直观，以及将宇宙剖分成“自我”与“外界”的这一简单模型的直观。

这里的“直观”，可以理解为Qualia（可感受的特质）。生命个体对光线明暗/颜色的感知能力是由该个体的基因决定的，但人对于明暗/颜色的直观/Qualia是后天在大脑中形成的。凯和麦克丹尼尔（Kay & McDaniel）的研究表明很多语言中，先出现“黑”和“白”这样的词汇，“红”等词汇晚些才会出现[15]。

人有了对自我和外界的区分，自然也就明白了何为自我，何为非我，即人关于“自我”和“非我”的概念对（pair）随之产生。有了这种概念对的原型，很多复杂的感知就可以被封装成概念对，比如“上”和“下”、“黑”和“白”、以及“这里”和“那里”等等。

一个概念和它的对立面更可能是同时出现并不断迭代加强的。例如对婴儿而言，开始他只能够区分能吃的（如苹果和橙子）和不能吃的（如塑料玩具），这时候对他而言苹果和橙子可能是同一的，但随着经验的积累或者父母的指导，他能通过形状、颜色等开始区分苹果和橙子。另一方面，即便两个苹果是两个单独的个体，人们仍能将它们归为同一类。有了对“同一性”的认识，它的对立面“差异性”就有可能变得更清晰。

皮肤这一明晰的物理边界使得人类对“自我”和“外界”的剖分非常确定，并能够毫不费力地辨别“自我”与“外界”的内容，这有助于将“原意识”的直观传递给他人和后人。

但这一边界不会一直停留在皮肤这一层次，而是会向外延伸。最早期的延伸就是食物。比如将果子抓在手里了，就会认为果子是自己的，不希望被他人夺走。下一阶段就是领地意识，不仅在手中的果子是自己的，这棵树上所有的果子都是属于自己的，不希望有其他人来采摘。动物不希望别的动物喝河里的水，因为它觉得河水应该是只属于自己的。工具是手的延伸，家庭是个人的延伸，新闻媒体是人类的延伸[16]。这种认定自己身体之外的自然物属于“我”的倾向，可以称为“自我肯定认知”。

“自我”既然能够向外延伸，就能够向内收缩。我们常常认为“内心”更能够代表“自我”，而不是我们的皮肤或四肢。这里“我”指的是心灵，而非身体。当“自我”的边界经常发生变化并变得模糊时，“自我”这个概念也就可以脱离物理和现实的束缚而存在。

明斯基认为意识是一个“手提箱”式的词汇[9]，用来表示不同的精神活动，如同将大脑中不同部位的多个进程的所有产物都装进同一个手提箱，而精神活动并没有单一的起因，因此意识很难厘清。我们认为把世界剖分并封装（encapsulate）成“自我”与“外界”是革命性的，它使复杂的物理世界能够被理解（comprehensible），被封装的“自我”可以容纳不由物理世界所决定的内容，想象力和自由意志（主观能动性）也因此成为可能。

认知膜与自我肯定需求

在现实世界复杂的交互环境下，人对“自我”意识的强化，由自我肯定需求驱动形成的认知膜完成。在我们之前的研究中，通过考察中国自秦以来和西方五百年来的发展历史，提出了“自我肯定需求”的概念[17]，为解释中国改革开放三十年来的经济奇迹，又提出了“认知膜”的概念[18]。我们发现，自我肯定需求理论及认知膜，不仅能够在国家层面上剖析问题，也同样适用于对个体的认知。根据自我肯定需求理论，人对自己的评价一般高于他认知范围内的平均水平，因而他更希望在分配环节得到高于自己评估的份额，即自我肯定需求。同时人在与外部世界交互时，在面对明显要高于自己水平的一个参照系的情况下对自身或自身所处环境进行评价时，为防止过大的落差击垮自身的心理防线，总是更倾向于肯定自我，用较高的自我评价从主观上进行自我保护，这一认知综合体即为认知膜。认知膜像细胞膜保护细胞核一样，起到了保护人的自我认知的作用。认知膜一方面过滤外界的信息，将有益的部分融入主体的认知体系，为自我认知提供必要的养分并促使其不断生长、升华；另一方面使主体在面对外来竞争者时，在主观上缩小其与优秀者的差距，坚守内心信念，保持一种乐观心态去积极迎战。

在人类进化的过程中，语言的出现是一个标志性的飞跃。婴儿表现出令人惊叹的语言学习能力[19] 。我们认为，外界刺激的多样性使得婴孩自我意识迅速成长，也使得其自我肯定需求愈加强烈，而正是这种强劲的自我肯定需求，促使婴孩尝试各种方式与外界交互。当他们发现语言是最有效的表现和沟通方式时，他们就会将语言作为工具，利用一切可以使用的资源进行语言的学习，习得的成果又能迅速从与外界的交互中获得肯定，进一步刺激他们学习语言、识别事物、与外界有效交互的强烈意愿，因此婴儿的学习效率会很高，习得母语非常迅速。而第二语言失去了作为工具的需求，相对来说习得过程就缓慢了很多[20]。就母语习得而言，普通婴儿可以被称为神童。少数婴孩以音乐作为工具与外界交互，他们因此可能被称为音乐神童。

不仅仅是婴儿，在更广域的尺度上，人的成长、公司的发展，乃至国家的成长，根本上都与自我认知相关，这个基本的出发点常常被社会科学研究者所忽视。人以及由人组成的集体往往面临类似婴儿的认知处境：如何处理自我和外部的关系。认知膜为主体的认知提供了相对稳定的内部环境，确立了个人、组织、国家不同层面“自我”的存在。在自我肯定需求的推动下，特定的社会传统塑造了特定的价值观和制度体系，来维持发展进程的连续性，由于在大多数情况下，总的自我肯定需求必定大于其所在社会的当下产出，那么维持发展必将离不开新资源的不断捕获，以此来调和自我肯定需求驱动的认知与财富供给的矛盾。这一矛盾正是东西方国家兴衰准周期律的根本原因[17]，是企业寻求持续性成长的重大挑战[21]，也是跨越中等收入陷阱必须解决的问题。

原意识是人类认知结构的开端。当概念体系和价值体系（认知膜）从原意识中逐渐衍生出来之后，“自我”和“外界”的边界逐渐模糊，“自我”更像一个生命体，需要不断补充养分（自我肯定需求）使其得以维系，从而确立一种认知上的“实存”。

总结与讨论

我们尝试用一个简单的假说来统一解释一些看似冲突或离散的现象，从而建立一个自洽的理论，这正是运用物理学家们从第一原理出发的成功经验。哺乳动物有一套完整的感觉系统，基因突变引起的毛发减少、皮肤变敏感，为人体与外界提供了明晰的物理边界，也为人对于“自我”和“外界”的剖分（原意识）提供了物理基础。随着大脑快速发育、神经元不断建立连接，这种关于“自我”和“外界”的剖分演变成关于自我和世界的观念，形成强烈的自我意识，才能进一步探寻“自我”与“外界”的关系，进而产生高级智能。这整个演化过程我们定义为“触觉大脑假说”，如图1所示。

图1 触觉大脑假说示意图

本文提出了触觉大脑假说和原意识的概念，并讨论了认知膜对智能进化的作用，如表1所示。触觉大脑假说明确了触觉为区分“自我”与“外界”提供了物理基础，因而在人类智能进化过程中有着特殊地位。原意识是个体认知的起点，是关于“自我”与“外界”的剖分这一认知原型的直观，能够通过代际传承给后代。认知膜包含了人的概念体系、价值体系和信念体系，个体认知不断深化，认知膜不断扩张，为“自我”的成长提供保护。

表1 触觉大脑假说及相关概念的主要内容及对象

“自我”的延伸或成长不仅仅局限在物理空间这个维度上。“内心”的“强大”实际上是“自我”的“圆融”，亦即当个体的自我肯定需求不停得到适当的满足，应对“外界”能够“融会贯通”，“自我”就会越来越强大，能够包含的内容也越来越多，成长到一定阶段，就可能达到一种超脱的状态，“随心所欲而不逾矩”，在物理世界规律的约束下，依然能够按照自己的意志行动，从“必然王国”走向“自由王国”！

如果可以理解人类智能“从哪里来”，面对人工智能的挑战，我们更无法回避人类智能“该往哪里去”的拷问。本文为休谟问题的解答提供了一个新的连接点——自我意识。连续的物质运动被“自我意识”分割成“事”和“物”，然后在此基础上被分类，被赋予权重，被赋予意义。“价值命题”可以从“事实命题”映射出来，也可以由“自我意识”生发出来。

“世界上最无法理解的事情，就是它是可理解的”（爱因斯坦）。这个世界的可理解在于能对世界进行“自我”与“外界”的剖分，人与人之间的可理解性在于认知主体具有相同的原意识。图灵机不能自发产生自我意识和价值体系，但人类能够赋予之。真正的挑战在于赋予何种价值体系，使得不同机器之间能够互相理解、竞争并进化。引导机器形成自我意识，并教育机器以仁爱，才更有可能实现人机和平相处、共同发展。

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原题目：《触觉大脑假说、原意识和认知膜》，作者：蔡恒进

发表于《科学技术哲学研究》第34卷，第6期，48-52页，2017。