追问专访·Donald Hoffman教授 | 我们能否构建出意识的数学模型？
# 追问按
从人们呱呱坠地时，就会对世界产生各个方面的感知，例如在视觉上，阳光是金黄色的，海水与天空是蓝色的。然而，经由大脑处理过的这些感知真的能反映真实的事物吗？意识与大脑的关系是怎样的？而在人工智能等科技的发展下，机器能否在一定程度上“拥有意识”呢？以及在进一步的研究中，能否从更深层次的模型与理论中窥得意识的“真面目”？
本期我们根据肖晓老师的追问，继续采访了美国认知心理学家、科普作家、加州大学欧文分校认知科学系的唐纳德·霍夫曼（Donald Hoffman）教授， 霍夫曼教授将带领我们了解人类意识与感知方面的相关研究。按照惯例，霍夫曼教授也提出了自己最想知道答案的一个追问，我们将在文末公布该问题。
以下为具体文字内容，欢迎阅读转发。
唐纳德·霍夫曼
Donald Hoffman
美国认知心理学家、科普作家、加州大学欧文分校认知科学系教授，并在哲学系、逻辑与科学哲学系、计算机科学系联合任教
Q
可以简单介绍一下您的研究领域以及您选择该领域的原因吗？
唐纳德：我研究视觉感知。人类如何以三维的视角看世界？我们是如何看见颜色和识别物体的？我也研究意识。我们对颜色、味道和气味的体验与反应性有何关系？我们如何理解意识？更宽泛地说，我们能总结出一个意识的科学理论吗？我也对人工智能感兴趣。人工智能在某种意义上来说是否具备意识？我对这个问题非常感兴趣——人类只是机器吗？还是说，我们是超越机器的存在？如果是的话，那样的存在可能是什么样的呢？若要真正回答这个问题，有一个办法就是参与人工智能的研究。
我们可以让机器走多远？我们可以用机器做什么？我们真的可以让机器拥有意识吗？我还想研究人类神经科学和人类心理学，从人类的角度提出问题。有意识是什么意思？成为人类意味着什么？它与我们的神经生物学有什么关系？带着这些疑问，我来到了麻省理工学院，在人工智能实验室以及现在的大脑和认知科学系工作。我能够看到这个问题的两面性，一面是人工智能，另一面是人类神经科学和认知科学。过去几十年间，我一直在从事相关研究工作。
现在，我在研究人工智能、智能的计算机模型，以及人类视觉处理和人类感知等的计算机模型。这就是我一直感兴趣的事情，也是我从演化的角度所审视的领域。演化是否塑造了我们的感官，并向我们展示了客观现实的真实构造？
这些是我很长一段时间以来一直感兴趣的事情。总而言之，意识与大脑有何关系？人工智能可以是意识吗？我们将如何全面地理解这个非常有趣的问题？
Q
大多数人可能认为人类的感知是真实的，但您似乎不同意这个看法。如果我们的感官无法传达真实的世界，那又有什么用呢？
唐纳德：是的，我们大多数人理所当然地认为演化会塑造我们的视觉和听觉等感官，让我们了解世界的真相。因为那会让你更适应这个世界、让你更有可能成功、让你活的够久，然后生下孩子延续自己的基因。我们大多数人仅凭直觉便相信了这些说法。
但是，当你真正通过自然选择来研究演化论（theory of evolution）时，将之放在一个被称为演化博弈论（evolutionary game theory）的数学框架中一样，事实证明我们可以用数学精度来问这个问题。自然选择有多大的概率会塑造任何感官系统以揭示客观现实结构的真相？
数学计算之后的结果就是：这一可能性为零。根据演化博弈论，任何有机体的任何感官系统在被塑造之后都无法展现客观现实的真相。总是有人给我评论说，我不可能得到这个结果；我肯定是在做一件自我反驳的事情；我的言行是自相矛盾的。我的意思不是说“我相信演化论”，我只是认为这是迄今为止最好的现有理论。作为一名科学家，我必须使用现有的最佳理论，目前没有什么理论比演化论更好。
我是不可知论者，我不知道演化论是否正确。我猜它捕捉到了很多不错的观点。如果我们找到更深层次的理论，无论是什么，这个理论最好看起来像是在某些极端情况下自然选择的演化结果。因此，当我们审视演化论并且只关注数学相关的部分时，会发现一些非常简单的事情，即所谓的适应性收益函数（fitness payoff functions）。收益在某种程度上决定了你采取措施时会发生什么：如果我采取这个行动，我会更适应还是更不适应？这些适应性收益函数决定了你在不同情况下采取的各种行动会产生什么样的适应性后果。你可能处于各种各样的状态。如果我饿了想吃东西，那么胡萝卜或一块肉可能非常适合我。但如果我想交配，那么同样的食物根本帮不了我。所以适应性收益取决于有机体的状态，比如是否感到饥饿。
当你审视这些适应性收益函数时，事实证明，我们已经在三到四种特殊情况下执行了这一函数，但我确信整体来说其概率为零。支配演化的适应性收益根本没有关于世界结构的信息。它们无法让你适应这种结构。就是这么简单。我们还提出了其它论点，但我认为这一理论非常令人震惊。
Q
独立于观察者的客观现实是否存在？又或许外部世界只是神经元构建的认知错觉。
唐纳德：这取决于我们所说的外部现实是什么意思。如果你指的是我们周围的空间、时间和物理对象，比如树木、月亮和星星，那我确实认为现实并不是独立于我们而存在。
我认为时空只是我们使用的一种数据结构，而物体则是该数据结构中的实体。从演化的角度来看，一切都是为了引导适应性行为，而不是看清真相。从演化的角度来看，看见真相不会让你更适应，反而会让你走向灭亡。我们看到的不是真相、时空以及物理对象，那不是真相。我认为它就像一个虚拟现实的头戴式设备，演化赋予我们这样的设备，让我们玩名为“生活”的游戏，但我们却不知道与我们交互的现实究竟是什么。
我认为存在一个更深层次的现实，它超越时空，与我是否意识到它的存在无关。如果我不在这里，那个现实仍然存在。所以，在这层意义上，客观现实是存在的。但它与我们所看到的任何东西都不一样，它不是时空中的任何东西，也不是一个物理对象。
Q
您提出了“适应性胜于真相”（fitness-beats-truth）的原理，认为我们所感知的不是客观现实，只是物种特有的感知界面的一部分。这是否意味着我们所感知的是世界的模型？是否有描述这个过程的认知模型？您能举一些例子吗？
唐纳德：我想说，在某种意义上，演化并没有给我们一个世界的模型。它只是给了我们一个用户界面，让我们成功地玩生活游戏。
举例来说，如果你在玩一款开放世界的虚拟现实游戏，而你看到的是一辆红色野马或一辆白色保时捷，你所看到的并不是现实的模型。以此类比，现实将是一些你看不到的超级计算机。你在现实中真正做的是每秒转换数百万电压来玩游戏。但从某种意义上说，你看到的保时捷并不是超级计算机的模型。你永远无法通过保时捷猜到你所看到的超级计算机正在转换数百万电压。从这个意义上说，它不是一个模型。演化并没有给我们现实的模型，而只是为我们提供了一个头戴设备，可以完全隐藏客观现实的本质。不管其本质是什么，你都不需要。这就是演化所带来的结果。
可能有更深层次的观点，那就是我们对现实的某些方面有真正的洞察力。很多人认为我在自相矛盾，所以我必须非常小心。如果你只是严格按照自然选择的方式来看待演化，那么我们看不到现实，因为我们所见并非现实。我不必相信自然选择的演化，而是提出一个不同的结构。我必须得展示这个更深层次的结构是如何产生自然选择的演化。也许有一个更深层次的结构，它确实可以让我们在其中看到现实的某些方面。也许我们对爱、某些情感或某些精神感受的体验是对现实某些本质的真正洞察。
而自然选择的演化不允许这样做，但可能有更深层次的观点允许这样做。这种观点认为，我们对意识的洞察力可能是真正的洞察力。作为科学家，无论我们提出什么更深层次的观点，我们都必须能够展示自然选择的演化是如何作为一个特例来适应这种更深层次的现实。
哲学家们喜欢把科学家置于这种有逻辑矛盾的小情境中，你无法逃脱出来。科学家们在做的事情却不一样。我不拘泥于任何理论。我是说如果你采用这个理论，那么你就会得到这个结果，但我们也许能够发现更深层次的理论。之前所得到的结果只有在演化论的背景下才是正确的。在更宽泛的情景下，这样的结果可能并不适用。你可以审视一个正式的系统。但你也可以从元（meta）的角度来理解它，并证明超越该系统力量的事物，或理解超越这个正式系统力量的事物。
我能理解很多哲学家都持有这种态度，因为他们并不真正理解科学界在做的事情与哲学界不同。我不想在一个理论中有任何内部矛盾。但是当我们审视不同的结构时，我们会发现一个结构将会引导到另一个更广泛的结构。那么那些“陷阱”类型的论点就不成立了。
近年来，使用计算模型来解释大脑已成为一种趋势。在工程领域表现良好的计算模型一定是最接近人脑认知机制的模型吗？
要想了解人脑以及大脑在做什么，计算模型确实是一个很好的框架。我在麻省理工学院时就是做这个的，大卫·马尔（David Marr）当时是我的导师，他开创了视觉感知的计算模型。我们当时正在研究计算机视觉以及人类神经科学，即视觉神经科学，研究两者以及它们是如何相互作用的。我认为这是解决整个问题的一个绝妙的多学科方法，我强烈推荐这种方法。但我的大多数同事认为，神经元和大脑即使没有被感知到，也是客观存在的。换句话说，他们认为神经元和大脑真实存在，与是否被感知无关。我的态度是，如果你认真对待自然选择的演化，那么这样的观点与该理论相矛盾，因为自然选择认为时空中的物体只是一个用户界面——他们并不是真相，时空中的物体就包括大脑和神经元，它们只是界面符号，而不是真相。
这并不是说我们需要忘记神经科学——这意味着神经科学要困难的多，我们需要更多支持神经科学的经费。我们认为当一个人通过显微镜观察，看到了神经元、轴突、树突和突触等等，这就是真实存在的东西，这就是真相，这个人知道发生了什么；但实际并非如此，所有这些神经元及其属性都只是界面符号。我们必须根据超越时空的更深层次的现实对所有这些符号进行逆向工程，从而了解更深层次的现实如何投射到我们所看到的神经元及其属性和神经元网络中。
我完全支持计算模型和神经网络模型，以及用数学等研究大脑。但我认为演化告诉我们，这项工作比我们想象的要复杂得多，也比我们想象的要深得多。你看见了神经元，但这并不意味着现实中有神经元。那只是你与现实交互的界面正在做的事情。你必须学会超越这个界面。这并不容易，有点像以审视自己的眼睛和样貌，然后超越自己眼睛所带来的视野。这就是科学要做的事情。我们只需要意识到理论告诉我们的东西，然后跟随科学理论所指引的方向，即使我们不喜欢它。
顺便说一句，不仅仅是演化论告诉了我们这一点。物理学家也在向我们传递相同的信息。物理学家告诉我们时空并非必不可少，它注定走向灭亡。他们正在寻找新的结构，比如振幅多面体（amplituhedron）和宇宙多胞形（cosmological polytope），这些结构都超越了时空。
尽管几个世纪以来科学一直认为空间和时间，或时空整体是基本现实——科学却能很轻易地摆脱这一观点，然后留下一句：“时间和空间很有趣。我们曾经认为它们是基本的，但事实并非如此。现在让我们寻找超越时空的新结构。”科学可以做到这一点。所以，我们也正在这样做，当然这会比我们想象的要困难得多。我们曾经认为空间和时间就是这个结构，我们可以这样理解时空，但事实证明，这不过是热身。那是我们玩“生活”这个VR游戏时的头戴设备，我们才刚刚开始了解它——现在我们必须越过这副头戴设备去了解现实。
Q
正如您所提到的，物理学在理解世界方面发挥着重要作用。根据冯·诺依曼-魏格纳解释（von Neumann-Wigner interpretation），不存在客观世界，它是由意识创造的。不论是否支持这一观点，对于大脑，最神秘的莫过于意识。您认为什么是意识？它是如何产生的？它与我们的感知、认知和记忆等有什么关系？
唐纳德：许多早期的量子理论家，如魏格纳和冯·诺依曼，都谈到意识是解释量子理论的基础。不知何故，你需要有某种意识来实现他们口中所谓的“波函数坍缩（collapse the wavefunction）”。你有一些波函数，就像薛定谔方程（Schrödinger equation）随着时间的推移会演变出一些波函数，你不会得到一个完整具体的答案——除非你以某种方式坍缩了对应的波函数并给自己一个具体的答案。那个粒子的位置是什么？动量又是多少？你必须得到一个答案。他们认为，也许坍缩是由意识造成的。我认为他们的研究接近真相了，但最近的物理学家倾向于摆脱这种观点，最近的物理学家不喜欢意识是基础的观点。
我想说，我在意识领域和在认知神经科学领域研究意识的同事里，有99%都认为空间、时间和物理对象是基本现实。意识来自物质之间复杂的相互作用，比如神经元，或者可能是经过适当编程的人工智能中的硅电路。他们认为物质世界是基础，然后出现了意识。泛心论者（panpsychist）会说物理世界是基础，物理定律是基本的，但意识要么是粒子的另一个属性，要么是粒子的基本现实。泛心论有两个不同的版本。但他们认为空间、时间和粒子是基本的现实。我再次强调，最高水准的科学告诉我们事实并非如此。
作为一名科学家，我认真对待物理学和自然选择的演化。这些理论告诉我们，空间和时间不是基本的。所以，尽管我的同事非常优秀，但他们正在研究的关于意识的理论，不说全部，至少有99%是没有可能得到论证的，因为他们假设空间、时间和粒子是基本现实。甚至二元论（dualist）的框架也不正确，因为二元论至少有一半是关于空间和时间的。
我的态度是，我不知道现实是什么。但是为什么不从意识的数学模型着手呢？将意识视为一个独立的研究对象，而非神经元中诞生的某种东西、不是从人工智能复杂电路中出现的东西，完全是时空之外的意识。让我们尝试建立一个意识的数学模型，并展示空间和时间如何仅仅是一副VR头戴设备，仅仅是一个虚拟现实，我们称之为意识主体（conscious agents）。有些意识主体将这副“头戴设备”视为与其它意识主体相互作用和理解彼此之间互动的一种方式。
我们要反其道而行之。科学认为空间和时间是基本的，意识是后来出现的。让我们反过来想：意识是基础，空间和时间只是意识主体可以用来相互理解和互动的数十亿副各不相同的“头戴设备”的其中一个。这完全颠覆了原来的思维逻辑。
Q
很多科学家认为意识的本质就在量子层面。但在量子力学中，两种状态是叠加同时存在的，观测本身会参与实验过程，并影响实验结果。在这种状态下，因果顺序和以时间为指向的序列状态也不复存在，我们该如何理解时间？又该如何理解因果的意义？
唐纳德：我首先要说的是，人们认为量子力学是一种基础物理学。事实证明不是。量子力学不是基础的。当我们放开空间和时间，我们也不得不放开量子理论，因为这两者是齐头并进的。像尼玛·阿卡尼-哈米德（Nima Arkani-Hamed）这样的物理学家表示，我们需要找到超越时空和量子理论的更深层次的物理学。这些超越时空的结构没有希尔伯特空间（Hilbert space）、没有量子理论，也没有振幅多面体。他们所展示的是时空和量子理论作为虚拟现实的“头戴设备”一起出现。
*译者注：希尔伯特空间（Hilbert space）由德国数学家大卫·希尔伯特（David Hilbert）提出。他在对积分方程的研究中研究了希尔伯特空间。冯·诺伊曼在其1929年出版的关于无界厄米算子的著作中，最早使用了“希尔伯特空间”这个名词。它是欧几里德空间的直接推广。对希尔伯特空间及作用在希尔伯特空间上的算子的研究是泛函分析的重要组成部分。
我们认为，通过量子理论，我们已经触及了物理学最深刻和最基本的数学模型。在量子理论的背后，有更深层次的结构，称为振幅多面体。不管你信不信，其核心是被称为“装饰性排列（decorated permutations）”的东西。这些结构比量子理论要深得多。
至于时间，在我们的时空模型中，时间和原因是基本属性。在量子场论（quantum field theory）中，时间是一个基本参数。在自然选择的演化过程中，时间是最关键的有限资源。但事实证明，我们可以有意识主体的动力学，从数学的角度来说，这样的动力学十分精确，其中没有熵时间（entropic time）。动力学的熵是恒定的，它不会随着动力学序列的继续而增加。
从这个意义上说，动力学没有熵的时间感——就像热力学第二定律的时间感一样。很容易证明这种马尔可夫动力学（Markovian dynamics）的任何投影都具有熵时间。当你通过条件概率（conditional probability）进行投影时，它是一个微不足道的证明，表明投影对更深层次动力学的那种有限视角——必然有一个熵时间，正如时间之箭一样，笔直向前，永不回头。
我认为时间和熵增不是基本的，而仅仅只是投射的产物。当你进入一个没有熵时间的更深层次的现实，并从有限的角度看待它，然后作为你局限性的产物，你得到了量子理论，你得到了时间，你得到了热力学第二定律。
从某种意义上说，因果关系的一个特点是，原因必须先于结果。如果没有先后的概念和熵时间的概念，那么我们就必须以一种更基本的方式来考虑整个因果关系的概念。空间和时间都不是基本概念，这会迫使我们深入挖掘因果关系的概念。在量子设置中，你可以设置违反因果关系的环路。尽管量子理论不具备基础性，但我们可以用它来研究这些违反因果关系的行为。本质上，你得到了因果顺序的叠加。
Q
我们应该如何研究意识？自我指涉问题的解决方案是什么？意识领域有哪些最新的研究进展？
唐纳德：我认为有几种方法可以研究意识。一种是几千年来东西方一直使用的传统方法。精神传统各异的人们一直在做冥想和呼吸练习，将注意力集中在意识上，以第一人称视角发现关于意识的各种事情。我认为这是一个很好的方法。另一方面，在过去的100年里，科学已经开发出了一些工具，使我们可以从严格的第三人称角度来解决意识问题。我们可以结合第一人称的冥想类观点和第三人称的科学观点来研究它。
精神传统已经从数千年的冥想和对意识的观察中获得了非常深刻的洞见。科学家们应该仔细倾听这些洞见。精神传统还没有把这些洞见转化为精确的理论，但科学家们知道如何做到这一点。自伽利略以来，科学家们已经学会了如何将我们的直觉和想法变成可论证的精准数学理论。我认为，我们应该鼓励追求实际的科学家和各种精神传统领域研究意识的专家们相互合作、分享观点。
我认为许多精神传统都将文字视为“指针”——文字所述的任何东西都不是真理，它们只是指针，就像《道德经》一样。我完全认同《道德经》的第一句——道可道，非常道。这些话，甚至科学理论，都不是真理，它们只是指针。但科学已经学会了如何获得精妙的指针。这就是科学指针真正强大的地方：它们会告知你自己的局限性在哪里。
许多精神传统存在的一个问题是很容易变得教条主义：“我们拥有真理，而你没有。我们的方法比你的好。我们是对的，你错了。”我们过于相信这些指针，深陷其中无法自拔。当精神传统告诉我们指针只是指针时，我们却认为自己的指针才是正确的。不要太认真地对待指针，超越指针。
科学的指针告诉你自己的局限性在哪里。就像爱因斯坦的空间和时间理论一样，当我们审视这个理论时，它告诉我们它的局限性。例如，当你将爱因斯坦的引力理论与量子场论结合起来时，它会告诉你在小于10-33厘米或10-43秒时，时空概念没有意义。指向意识的科学指针，其美妙之处在于避免了教条主义。它们是精确的，给予我们精确的洞察力，并且准确地告诉我们这些洞察力的局限范围——意识尚有许多未被探索的领域——这样我们就不会教条主义了。
你会发现这是回答你问题的一个复杂答案。我们应该汲取精神传统的洞见，我们应该采用科学的新方法，并将它们结合起来，以创造新的指针。精神传统会遇到困难，因为它们喜欢自己的指针，可能并不想放弃这些指针。而科学家不得不放弃空间和时间，尽管他们不想这样做。他们不喜欢意识是基础的这一想法。两边都不容易。但我认为下一代科学家会这样做，利用神经科学、人工智能、精神传统的洞见还有数学，获得一种科学的灵性。它不排除个体的重要意义，而是帮助我们理解我们是什么，帮助我们获得指向现实的指针。即使我们明白，你是谁的现实将永远超越任何科学理论、任何精神指针。
Q
在所有理论、所有指针的背后，从某种意义上说，我们的理论会不会越来越接近现实世界、意识等的真相？
唐纳德：一旦我们迈入超越演化论的理论水平，我们就不必担心其限制。虽然演化说我们的感官没有显示真相，一旦我们进入更深层次的框架，我们也许可以对此释怀。我们不必相信演化论的含意。这取决于我们更深层次的理论是什么。但我自己的态度是，无论更深层次的理论带领我们在科学的道路上走多远，无法解释的现实都将是无限的。换句话说，无论走多远，科学都只会触及表面。即使十亿年后，假如我们有了数以百万计的新理论和越来越深的理论，我们也才刚刚开始。这对科学家来说是无限的工作保障。科学家永远不会失业，因为总会有更深层次的理论。
在某种意义上，我想说我们每个人都是无限复杂的。我们每个人在空间和时间上都不是一块150磅重的微不足道的肉块。我们自己是无限复杂的。正如被刻在阿波罗神殿门前的德尔斐神谕（Oracle of Delphi’s）所述，科学的本质就是研究我们自己。对自己的探索是无限的，因为我们是无限复杂的。没有任何科学理论能够探查它的深度。然而，不知何故，通过这些不同类型的科学理论——精神传统所谓的“形式”，我们天性中的一部分驱使我们探索自己究竟是什么。我们使用形式来探索我们永远无法完全探索的广阔意识。
Q
最后，对于想要综合了解意识和视觉计算模型研究的读者，能否给一些建议，比如推荐一些教科书或综述论文？
唐纳德：进行此类研究的方式有很多，这取决于你的兴趣和天赋。如果你有数学天赋并且喜欢物理学，那么我会建议看看尼玛·阿卡尼-哈米德（Nima Arkani-Hamed）正在研究什么。他们发现了一些超越空间和时间的结构。物理学家说空间和时间不具有基础性，有更深层次的结构。我们需要研究的是弄清楚这些超越空间和时间的结构是什么，以及它们如何与关于意识的更深层次的想法联系起来。
对于那些想阅读具体论文的人，我有一篇名为objects of consciousness的论文，可以在网上免费获取。论文里有一个关于意识的数学模型，我不是说这个数学模型是正确的，但它是准确的。你可以搜索一下我的名字，就可以找到我和其他合著者们在意识数学模型方面撰写的论文。
我还有一本书，书名是The case against reality: Why evolution hid the truth from our eyes，即将发行中文版。如果大家有兴趣进入整个意识研究领域，那是一本很好的书，可以帮助大家了解意识相关的各种问题和观点。我在书里会直接用脚注告诉读者，哪里可以阅读原始论文。我建议对意识领域感兴趣的学生阅读这本书（这本书只是入门级的，不算什么进阶类书籍），然后还可以阅读书中列出的论文。大家可以自己阅读真正的科学论文，这将是一个很好的起点。
来自@唐纳德·霍夫曼的问题：
什么样的意识模型，以及意识模型如何赋予我们超越时空的物理学，比如振幅多面体？
针对唐纳德·霍夫曼教授的问题，我们将邀请更多嘉宾探索答案，敬请关注。
嘉宾：唐纳德·霍夫曼
统筹：Lixia
采访：Lixia，Jiahui
翻译：Vicky
编辑：Lixia，Jiahui，Aaron，EY
排版：Yunshan
推荐阅读
追问互动
○ 如果您对本期内容有进一步想要追问的问题或者讨论的内容，欢迎在评论区留言，或者加入我们的社群参与互动，添加小助手微信questionlab即可申请进群。