王立铭专栏｜生命的秘密（六）：自我意识——我和我的世界
编者按：
“我”的概念，不是虚无缥缈的哲学概念，而是蕴藏在我们人类大脑中的一种能力。科学家试图从神经生物学的角度去理解生命体如何界定“本我”和“非我”，这些生物学线索又为人工智能发展提供了想象的空间。有朝一日，我们真的可以创造具有“自我意识”的人工智能机器人吗？
撰文 | 王立铭（浙江大学生命科学研究院教授）
责编 | 徐可
● ● ●
在此前几篇文章中，我们讲了关于地球生命、关于人类自身的生物学故事。我们知道生命源于能量，信息需要复制，分工源自复杂，而智慧依靠和客观世界的握手。
但即使我们按照上面的方法搭建了一台精致复杂的、可以自我复制的、能够采集客观世界信息的机器，这和智慧生命人类之间，到底还差了些什么东西呢？
01
镜子里的自己
不需要解释，读者们都明白“我”是什么含义——就是那个正在读这句话，并且表达赞赏或者不屑的那个人类个体。这种关于自我的感觉在成年人中是如此普遍和本能，就像呼吸和眨眼一样自然，以至于想要通俗的解释它到底是怎么回事就变得很不容易。
对于绝大多数成年人来说，我们能意识到“我”是这个世界上一个非常特别的存在，“我”可以控制这个身体的喜怒哀乐跑跳休息；“我”可以和其他很相似的人交朋友、谈科学；“我”也可以爬上高山、潜下深海、探索大千世界。但是在这一切之上，“我”和周围所有的其他人、和“我”每天接触的环境都是截然不同的东西。
“我”的概念，不是虚无缥缈的哲学概念，而是蕴藏在我们人类大脑中的一种能力。
我们至少可以从几个小例子中得到一些启发：
首先，即便对于人类来说，自我意识也并不是天生的，而是随着婴儿的发育逐渐获得的能力。有过育儿经验的读者可能会有点观察，小宝宝们刚刚开始说话表达愿望的时候，可能会说“妈妈抱”，“宝宝饿”。但是通常这时候小宝宝们还不会使用“我”，不会说“我饿”或者“我想吃奶”。“我”这个字出现在孩子们的语言里要晚一些，差不多要到1岁半-2岁这段时间。这个小小的变化，就反映出自我意识的萌发。
有人会问，难道就不能是孩子们的语言功能和大人有差异，或者孩子们就是不高兴用“你我他”这些玄乎的代词说话？先别急，我要说的第二个例子就是，确实有相当一些人直到成年也无法完全领会和使用”我“来说话。一个典型的群体就是自闭症人群（Autism Spectrum Disorders，又叫孤独症）。这是一种发病率超过千分之一、以社交障碍为主要标志的精神疾病。人们很早就观察到，有一部分患有孤独症的病人，对于掌握“你我他”这样的人称代词，或者描述自己做过和观察到的事情，会存在特别的困难。比如说，让一个孤独症患者描述刚才做过的事情，他/她可能会熟练地说“吃苹果”，“坐汽车”，但却就是不能把“我”和这些事情联系在一起，说“我吃苹果”“我坐汽车”。通过这个例子，我们也许可以更进一步的确认，自我意识不仅不是与生俱来，而且还有出错的可能。
可能还会有人问，有没有办法直接证明，自我意识是怎么回事，谁有或者没有自我意识？
还真有。
1970年，美国图兰大学的心理学家戈登·盖洛普（Gordon G. Gallup, Jr.）发明了非常简单的镜子实验（Mirror Test）来度量自我意识。实验的逻辑很简单。我们都有经验，不管我们穿得多新潮、发型多古怪，站在镜子面前时，我们都能立刻明白镜子里的那个人是“自己”，而不是自己的一个同类突然闯入了镜中世界冲我们傻乐。盖洛普把这个经验推广了一点：他把黑猩猩麻醉了之后，在它们脸上画了几个小红点，然后看清醒以后的黑猩猩怎么照镜子。果然，就和人的经验一样，醒来的黑猩猩照了镜子之后，立刻意识到其实是“自己”的脸上出现了奇怪的红点，而且还抓耳挠腮想要抹掉这些红点。特别有趣的是，盖洛普发现如果实验的对象换成猕猴——一种比黑猩猩低等不少的灵长类动物——结果就完全不同：猕猴哪怕是照上几个星期的镜子，也完全不可能意识到镜子里就是它们“自己”。它们忙着每天和镜子里的”新朋友“打闹或者玩耍，更谈不上还会试图擦掉脸上的小红点了。一面镜子，黑白分明地把一种认识到自我存在的能力清楚展示了出来。
镜子实验第一次把对自我意识的研究从玄乎的哲学和心理学思考推广到了实验科学，从万物之灵的人类推广到了动物界。全世界的科学家们开始乐此不疲地让不同的动物照镜子，看看谁能认出镜子里的自己，谁只会傻乎乎地对着镜子打闹或者好奇。现在我们知道能够通过镜子实验的考验、成功认出“自己”来的动物，一共也只有十种左右，包括人们通常认为的“聪明”动物：大猩猩、倭黑猩猩、海豚、大象、和（让人大跌眼镜的）喜鹊等等。利用镜子实验，我们也进一步确认了人类的自我意识就是差不多一岁半到两岁之间形成的：因为在十八个月大的时候，有一半的孩子照镜子的时候，能够明白镜子里出现的就是“自己”；如果给他们的鼻子偷偷涂了口红，他们也会努力把自己鼻子上（而不是镜子里）的口红擦掉。
镜子实验。偷偷的给这个绿衣服的小男孩的鼻头涂上颜料，小男孩照镜子之后可以立刻明白是“自己”的鼻子上有怪东西，然后会试着擦掉它。像黑猩猩、海豚、喜鹊这样的动物也可以通过镜子实验。相反，猫、狗、猕猴这样的东西在照镜子的时候，会将镜子里的形象识别成另一个同类动物，甚至还会表现出惧怕、威吓、玩耍这样的社会性行为。镜子实验简单清晰的显示了人类（和少数动物）的自我意识，到今天仍然是检验自我意识的金标准。但是围绕镜子实验也有很多争论。例如，并不是通不过镜子实验的动物就一定没有自我意识（一个简单的例子就是盲人显然无法通过镜子实验；那些天生惧怕目光对视的动物也很难通过）。再比如说，镜子实验并没有一个非黑即白的边界，有些动物在接受训练后可以获得这种能力（例如猕猴），但是很难想象这意味着猕猴可以“学会”自我意识。图片来自www.youtube.com
尽管没有特别严格的科学证据，但是我们不妨大胆猜测，自我意识是人类许多复杂情绪和思考能力的基础。许多简单的情绪，例如恐惧、愤怒、快乐，在很多相当低等的动物中都已经出现了，这些情绪能够帮助动物躲避危险、延续生命、繁衍后代。但是更复杂的一些情绪，例如成就感（“我”做成了一件事）、例如好奇心（“我”想知道为什么）、例如责任感（“我”做了什么，因此“我”要承担后果），如果没有自我意识是很难想象的。而这些复杂的情感，很大程度上就是智慧生命发展壮大，走出家园探索宇宙的动力。
02
我思，故我在？
勒内.笛卡尔（Rene Decartes），法国伟大的哲学家、科学家和数学家。笛卡尔对人类文明居功至伟，特别是在西方哲学和解析几何学领域的奠基工作。而即便是对哲学没有任何兴趣的读者，大概也都听说过笛卡尔那句名言，“我思故我在”（拉丁文：Cogito ergo sum）。利用这句话，笛卡尔第一次严肃讨论了“我”、也就是自我意识的源头。笛卡尔说，世间万事万物不管看起来多么确凿无疑，都是可以被怀疑和辩驳的，但是唯一毋庸置疑的事情就是“我在怀疑”这件事情本身。那么既然“我在怀疑”这件事一定是真的，那么“我”的存在也自然是板上钉钉的。当然了，在笛卡尔之后，多少代伟大哲学家对这种论证自我意识的方法进行了各种辩驳和挑战，这些反复诘难最终也成为现代哲学的基石。比如说，一种批评是，通过笛卡尔的论证，我们充其量可以说，确实存在一个“在怀疑的实体”，至于这个实体是不是“我”，笛卡尔并没有说明。另外很好玩的一个事情是，这句简明上口的“我思故我在”应该说是对笛卡尔思想的错误翻译（拉丁文-英文-中文）。因为如果单单从字面理解，那么“我思故我在”就是不折不扣的循环论证和傻瓜逻辑了：既然“我”在这句话的开头就已经存在了，那还费劲论证“我”的存在干嘛呢？（图片来自英文维基百科）
那么自我意识到底是怎么回事呢？让我们回头再审视一下镜子实验的提示：
当我们在照镜子的时候，我们到底是怎么知道镜子里就是自己的呢？如果弄一千个高矮胖瘦差不多的人都堆到我们周围，穿着黑风衣、戴着墨镜的一幅“黑手党”式的打扮，我们还能不能准确的判断镜子里到底哪个是“我”？
从这个小小的思想实验（让我们命名他叫“黑手党实验”吧）出发，我们立刻可以想到一个关于自我意识的简单物质解释。自我意识的产生需要两方面的信息，我们需要一方面采集外部感觉信息（镜子里一个正在皱眉招手扭腰的人的图像），一方面采集自身感觉信息（我自己正在皱眉招手扭腰）。当两方面的信息高度吻合的时候产生一个“这就是我”的输出，自我意识就出现了。我们甚至可以更具体一点，如果在我们的大脑里有这么一些神经细胞，它们能够对相似的外界感觉输入和自身感觉输入产生类似的反应，那么这些细胞也许就是自我意识的物质基础。
而更要紧的是，这个假说和“我思故我在”这样的讨论不同，它是可以用实验验证的！有人甚至在人脑里找到了一些这样的神经细胞，还给他们起了个意味深长的名字“镜像神经元”（Mirror Neuron）。
1990年代初，意大利帕尔马大学的神经科学家里佐拉蒂（Giacomo Rizzolatti）发现了一个诡异的现象。里佐拉蒂当时正在利用猕猴——一种小型的灵长类动物——研究大脑是怎么控制躯体的运动的。他把细细的电极插入猴子大脑中专门负责控制运动的区域，记录那里神经细胞的电信号，然后给猕猴面前放上几个花生。他们发现，不少神经细胞在猴子抓花生的时候、甚至稍早于抓花生的动作，会产生强烈的电信号。这个发现提示了一个可能性：这些神经细胞的功能是控制“抓花生”这个动作的；或者鉴别花生的“价值”；或者识别花生这种东西本身，等等。为了区别这些可能性，里佐拉蒂又吩咐助手给可怜的猴子摆上了各式各样的东西，有吃的有玩的，他们想看看电极记录到的这些细胞到底是负责动作，还是负责鉴别物体。
结果很奇怪的事情发生了：这些神经细胞早在猴子做任何动作之前，就在科学家给猴子换东西的时候，就已经开始产生信号了！
在排除了所有更容易接受的可能性之后，里佐拉蒂他们终于能够肯定，这些猴子大脑里的细胞，会且只会对两种性质截然不同的事情起反应：猴子自己在“做”某个任务的时候，以及猴子“看见”别人在做这个任务的时候。举个例子来说，如果一个细胞在猴子拿花生的时候会产生信号，那么它也会在科学家拿花生的时候产生同样的信号。而如果一个细胞在科学家咀嚼巧克力的时候产生信号，那么当猴子自己咀嚼巧克力的时候也会产生信号——不折不扣的“镜像”。
镜像神经元图解。镜像神经元是这么一种奇怪的神经细胞：它们对自身的某个动作有反应（左，比如用手拿起一个小球），而如果动物观察到人类在做类似的动作的时候，也会产生同样的反应（右，比如看到科学家用手拿起一个小球）。在过去二十年里，神经科学家陆续在猴子和人类的不少大脑区域中发现了具有这种奇妙属性的神经细胞，其中绝大多数都位于控制运动的区域。很有意思的是，二十年来围绕着镜像神经元的思想争论似乎要远比科学进展更引人注目。对于镜像神经元功能的猜测各种各样，比较保守的猜测是这些细胞的作用是帮助我们理解其他人的行为，更激进的猜测包括模仿学习、同情心、语言能力、自我意识等等。（图片来自www.wtcmarketing.com）
03
人工智能的自我意识
镜像神经元一经发现，就立刻激发了所有人——特别是神经科学家、民间科学家和科幻小说家——的兴趣。因为这种神奇的神经细胞能够同时感知自身的运动和对外界的观察，因而在“我”和整个外部世界之间架起了桥梁，一下子把玄之又玄的哲学命题直接和物质世界联系在一起了。
对于神经科学家来说，镜像神经元的存在为他们解释人类大脑的很多复杂功能提供了一个可能的视角。比如说，立刻就有人猜测，也许人类同情心乃至道德感的基础就是镜像神经元。因为看到别人受苦会激发那些感受自身痛苦的神经细胞，从而在大脑中产生类似受苦的感觉。也有人说，镜像神经元使得我们可以把其他人的动作与自己的思想对应起来，从而完美解释了人类何以能够进行复杂的情感和智力交流……
当然我们不得不承认，从发现到今天二十多年过去了，人类科学家在理解镜像神经元的道路上进展并不是很多，所有这些猜测到今天，基本上也仅仅只是猜测而已。在今天的主流科学界，镜像神经元是“塑造人类的最重要物质基础”和“上世纪神经科学最大的谎言”两种说法同时存在，这在一向看重证据的实验科学领域里实属罕见。
但是，可以看出，探讨人类自我意识的本质已经不再是一个专属于哲学家的问题了。如果我们暂且接受“镜像神经元可能和自我意识有关”这个猜想，我们可以设计一系列的实验：人类有没有感知运动之外的、更复杂的镜像神经元（例如感知思考的）？镜像神经元是在进化史的什么时候出现的？有没有办法彻底去除动物的镜像神经元、并观察动物出现了什么问题、从而更好地理解镜像神经元的功能？人类的镜像神经元和其他动物的有什么区别，这些不同是不是和人类智慧有关？
以至于我们想知道，能否根据人类镜像神经元的特性，为电脑创造自我意识？
2016年初，Google公司的围棋程序AlphaGo（阿尔法狗）4：1大胜曾经的围棋世界冠军韩国人李世石。尽管在此之前，计算机程序已经先后战胜了跳棋和国际象棋领域的世界冠军，但人们曾经普遍认为，围棋可能会成为人类智慧的最后高地。因为相比其他棋类，围棋的可能布局数量要超出许多个数量级（约为10的170次方，远超国际象棋的10的47次方种可能性。要知道，宇宙间原子的数量大约也只有10的80次方），计算机用暴力穷举的方法不可能做到面面俱到。然而Google的程序员们却独辟蹊径利用了深度学习的方法。阿尔法狗能够不断地自我对弈，以这种强化学习的方法持续的提高棋力。但是我们至少目前可以放心的是，不管棋力再高，阿尔法狗还没有具备自我意识。那么人工智能何时可以具有自我意识？(图片来自www.newspaper365.org)
前不久，Google的围棋程序AlphaGo（阿尔法狗）华丽登场，攻克了围棋这个很多人眼中人类智慧的最后堡垒。5：0击败欧洲围棋冠军樊麾不说，还开场直落三局，最终4：1将韩国围棋高手李世石斩于马下，下出了让棋圣聂卫平都忍不住“脱帽致敬”的妙手。在许多讨论人工智能是不是真的很快就要占领世界的文章里，都不约而同提到了“自我意识”这个概念。很多人提到，阿尔法狗再厉害也不过是人类工程师的编码而已，它没有这个“自我意识”，不知道“我”是谁，仅能够根据程序的指令完成任务，因此还远远不是真正的“智能”和“智慧”。因此，如何真正在机器中创造自我意识，还真就一下子成了近在眼前的技术问题。
就凭目前科学对自我意识的粗浅理解，我很难想象人类可以很快制造出一个理解“我思故我在”的人工智能机器人。但是，根据上面讲到的镜子实验和镜像神经元的故事，构造出一台能够轻松通过镜子实验的机器人倒应该不是什么难事。
原理上，这台机器人只需要有一个内部传感器能够监测自身的动作（比如每一个机械关节的屈伸角度、两只支撑脚的张开距离、脖子转动的扭力等等），一个图像识别和处理模块能够自动分析摄像头采集的信息（例如从镜子里“看到”的那个机器人的样子，包括关节屈伸、脚距离、脖子角度等等），然后一个“自我意识”单元能够比对前两者产生的分析结果就行了。当这样一台机器人信步走到镜子前，随意的摆头扭腰挥手踢腿，内部传感器和图像识别模块抓取的信息一经比对高度吻合，“自我意识”单元被激活，我们就能让机器人知道镜子里就是自己。至少从自我意识这个角度去比较，这台机器人就已经比老鼠聪明、比猴子聪明，和黑猩猩、海豚、大象、人类这样地球上较高级的智慧站在同一个高度了！
04
“我”到底是什么？
真是如此吗？
没错，拿人做例子吧，我们中的大多数可以很容易的通过镜子实验的测试，符合了“自我意识”的客观评价标准。但是其实我们并不需要照镜子也可以轻松的知道“我”这个概念，知道附加在“我”这个概念的许多东西：“我”的年龄身高，“我”的经历，“我”的价值观，“我”的情绪等等。换句话说，不仅仅是镜子里的具体视觉形象能够激发自我意识，关于我们自己的许多抽象的记忆和思维也一样可以。而这个能力，我们假想中的机器人显然没有。
比如说，神经科学家很早就知道，当人脑在思考关于“自己”的问题的时候，使用的大脑区域和思考其他事情的时候是很不一样的。如果让一个成年人用一些短语给自己做个评价，例如“我喜欢看书”，“我没有朋友”，同时记录这个人大脑的活动，会发现有几个大脑区域特别的活跃；而这些区域在其他时候，例如当同一个人在评价他的朋友，或者评价一顿饭好不好吃、一张照片好不好看的时候就沉寂下来不再活跃了。
神经生物学家希望更好的理解人类“自我意识”的物质基础，而他们的主要工具就是所谓的功能性磁共振成像（fMRI/fucntional Magnetic Resonance Imaging）。这项技术的原理是通过快速扫描大脑中血管的氧气含量，推断出大脑哪些区域正在进行高强度的工作——这是基于一个简单的道理，工作强度越大的区域、对氧气的需求量就越大。例如在图中所示的一项研究中，科学家们要求受试者对自己进行描述和评价，或者对其他事物（一本书、一个朋友等等）进行评价，同时持续不断的扫描他们的大脑。而他们发现，大脑中一个特别的区域，就是图中闪闪发光的黄色区域，在人们进行自我评价时会异常兴奋。这个被称为内侧前额叶皮层（MPFC/medial prefrontal cortex）的大脑区域，也因此被很多科学家认为参与了自我意识的形成。但是——又要说但是了——人类自我意识几乎可以肯定没有那么简单。比如说，2012年科学家们报道了一位代号为"Patient R"的脑外伤病人，这位病人大脑中的内侧前额叶皮层几乎完全被毁坏，但是他却拥有完整的自我意识。（图片来自Pfeifer et al, J Cogn Neurosci 2007）
这些发现提示我们两件事情：首先，人脑确实有能力把许多抽象的概念（例如兴趣爱好、社交能力等等）和“我”这个概念联系在一起，对于人脑来说，自我意识远不仅仅包括认出镜子里的自己。
而更重要的是下面的推论：这些抽象概念，显然不是人脑能够自己平白无故变出来的，而只能通过学习和交流获得。比如说人脑想要做出“我没有朋友”这样的判断，并且明白无误地把这个判断和自我意识相连，就必须经历交朋友、和朋友一起互动、被朋友屡次拒绝的过程；而“我喜欢看书”这样的判断，显然也需要“我”有明白什么是书、如何看、看书的时候心情如何这样的经历。 “我”是镜子里那个招手皱眉的个体，“我”是考糊了被妈妈批评的小学生，“我”是饥肠辘辘时候闻到的肉串香气，“我”是初次表白被女神拒绝的沮丧，“我”是拿着手电筒在被窝里偷看的郭靖黄蓉……在人类自我意识的发育过程中，并不是天生就有一个“我”，而是个体和外在世界的持续互动，综合而成了那个丰富的“我”的概念。
因而一个顺理成章的判断就是，真正的智慧生命与那个只会照镜子的“傻机器人”的一个本质区别就是，人类能够通过不断地学习和经历，在“我”这个概念外周包裹上大量的情景、事件、价值判断和形容词。这种丰富的自我意识，和仅仅能从非常特殊的场合——照镜子——里看到自己的机器人是完全不能同日而语的。
解离性人格障碍，也就是人们俗语中的“多重人格”。在同一个躯壳内，这些患者拥有两个乃至更多个彼此独立的自我意识，而这些自我意识此起彼伏的统治着患者的思想和身体。这种疾病可能远比我们想像的普遍：有些医生甚至认为有超过1%的人有多重人格。和大家分享一个著名的多重人格案例吧。1977年，比利.米利根（Billy Milligan）因抢劫和强奸被起诉，但他的辩护律师成功的说服了陪审团，说明米利根是多重人格患者，在作案时是他的另外两个“自我”控制了他的身体和行为。米利根被无罪释放并进入精神病院治疗，他成为历史上第一个因为多重人格而免罪的人。图片来自www.dingtwist.com
比如说吧，有一种非常特别的精神疾病——解离性人格障碍（Dissociative Identity Disorder）——非常生动地说明了这中间的差别。和正常人不同，这类病人似乎没有能力把这些丰富的经历整合到同一个“我”的概念上去。对他们而言，某些经历、某些场景、某些形容词属于一个“我”；而另外一些经历则属于另外一个“我”。他们可能时而认为自己是一个开朗乐观、喜好野外运动的社会精英，还记得三年前在众目睽睽下领取行业最高荣誉的场景；时而又认为自己是一个充满焦虑、生活亚历山大的城市边缘人，经常回忆起一个月之前被老板训斥的委屈心情。更要命的是，这两个“我”所能想到的事情和感受都是真实的！这种其实并不十分罕见的疾病，本身就说明将每个人所经历的一切整合到一起，形成一个复杂、动态而相互联系的“我”的概念，是一件极其复杂又万万不能出问题的事情。
因此我们可以相信，人类智慧中的自我意识——尽管我们还远不知道它的本质——是一种和我们为人工智能设定的所谓自我意识截然不同的一种东西。我们的自我意识丰富庞杂，时刻经历着微妙的变化，驱动着闪烁智慧光芒的人类的情感、记忆、交流和对未知世界的探索。在真正理解人类智慧的道路上，还有漫漫长征等待着我们。
敬请期待下一篇：生命的秘密（七）结语：一次奇特的思想实验
本文与王立铭的个人微信公众号“以负墒为生”（Neg_Entropy）同步推送。
投稿：zizaifenxiang@163.com
授权：shangwu@zhishifenzi.com
关注请加微信号:the-intellectual或长按二维码