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万字追问 | 科赫:意识、量子力学与整合信息理论

人机与认知实验室  · 公众号  ·  · 2025-06-02 08:07

正文

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图源: 论文。


意识归根结底是关于“存在”,比如恋爱、快乐、愤怒、视听感知等。而智能实际上是关于短期、中期和长期的行动规划。比如,我现在需要为日后养老来存钱,这就是一个智能行为。所以归根结底,智能的本质是"执行功能"。这和“存在”是不同的。所以,大脑中参与规划、推理、思考、道德推理和决策的部分,与作为感受与体验基质的大脑部分有所不同,这也就不足为奇了。


整合信息论与

全局神经元工作空间理论


肖恩・卡罗尔: 我很喜欢对抗性合作这个概念,它应该被更广泛地采用,尽管以我的经验来看,有些对手根本无法合作。祝贺你们能够做到这一点。但我必须要问,什么是整合信息论?什么是全局神经元工作空间理论?我之前从未听说过它们关注或者提出大脑的不同部分是意识的核心这种观点。


克里斯托夫・科赫: 这确实是此次会议的一个积极成果。实际上,近期我参与了伦敦 DeepMind公司组织的线上会议,主题围绕计算功能主义与意识。当前, 多数意识研究者,尤其是人工智能领域及科技企业从业者,普遍认同美国哲学家普特南(Putnam)提出的图灵功能主义(Turing functionalism)或 计算功能主义 (computational functionalism),主张 意识对应一个或多个特定功能 ,如规划决策、信息整合、长期记忆等,任何实现这些功能的系统,包括图灵机,都被认为具有意识。


因此,如果我们能让一台图灵机模仿看似涉及意识的行为,比如谈论意识并据此推理,那么像大语言模型这样的机器也将是有意识的。那么,ChatGPT-4.0、O3、DeepSeek、谷歌的Gemini是否已有意识?或仍欠缺某些要素?或许需更多token输入、或者拥有更长记忆等。但这实际上只是关于实用性的问题。这就是计算功能主义。


所以 根据普特南的观点, 意识是一种计算,是一种技巧。 如果我对机器进行编程,其运行与底层载体无关,它可以在云端运行,也可以在量子计算机上运行。这是一种巧妙的技巧,一旦你实现了这种技巧,这些机器就是有意识的。当你询问时,它们会详尽谈论自身意识程度与感受。


普特南的观点极为流行,且在产业界占据主导,因为当你与大语言模型互动时,它们不仅显得智能,甚至还具备觉知。它们的数据库被输入了人类的每一部小说,而所有小说都围绕主人公的情感,他们的爱恨、荣辱、受伤等等展开。它们就像吸血鬼一样吸收了这些内容,所以当然能够重现这些。但我认为,这全都是深度伪造的。


整合信息论认为,意识是一种存在状态,存在于高维因果空间的结构中。 具体而言,意识源于系统对其自身的因果影响力,它源于系统对自身的因果影响力,即系统既能决定自身未来状态,又受过往状态约束。一个系统的这种自我作用程度越高,意识水平就越强。


这类似于说复杂系统具有自我作用能力,它不是随机决定的,其下一个状态是上一个状态的函数,任何这样的系统,如果从转移概率矩阵的角度来看数学公式,都具有所谓的因果影响力,也就是说,尽管不是完全确定的,但当前状态会对下一个状态产生影响,或者说过去决定现在,现在决定未来。一个系统对自身命运的内在因果影响力越大,它具有意识的程度就越高。


该理论包含两个核心要素。第一,它有一个叫做Φ的数值,用来度量的系统不可约性(irreducibility)。一个系统超越其各部分之和的程度越高,Φ值就越高,它的意识程度也就越高。所以若存在一个Φ值为零的系统,就意味着它作为一个整体并不存在,它的不可约性为零。它实际上更像是两个独立的系统而不是一个。由于不具有整体性,那样的系统是没有意识的。Φ值越高,系统的意识程度就越高。


最重要的是——这是其他理论从未强调过的一点——你必须解释,为何恋爱具有特定主观体验?为何时间单向流动?空间、视觉或听觉空间为何呈现延展性?底层基质如何产生延展感、无聊感或愤怒感?通过解析展开的因果空间结构,该理论解释了不同体验的独特性,即为何每种感受都具备特定质性。


全局神经工作空间理论


肖恩・卡罗尔: 那么全局神经元工作空间理论算是普特南功能主义的一种衍生理论吗?


克里斯托夫・科赫: 全局神经元工作空间理论是20世纪50年代计算机科学领域的一个隐喻,设想有一个中央处理器,它会把信息写在一块“黑板”上。这也被称为黑板架构。每个局部处理器都可以访问这块“黑板”。该理论认为,人脑多数活动处于无意识状态,如每秒四次的眼球运动、步态调节、句法推断等,这些局部过程自动运行,无需意识介入。每个有意识的信息都具有全局可访问性。一个心理学家的正确见解是,一旦我意识到某件事情,大脑中的所有不同处理过程都会得知这件事,进而实现长期记忆存储、短期信息处理、长期规划制定及逻辑推理。一旦信息变得全局可访问,它就可以被大脑中的所有信息处理系统所获取。而这就是意识的本质。


这个隐喻实际上是信息广播,而且已经确定了一组位于前额叶皮层的神经元,这些神经元会把信息投射回大脑的其他部分。理论声称,当视觉等局部信息从脑后部向前传递时,若经筛选确认其足够重要,就会扩散至大脑皮层,这种信息的全局传播过程就构成了意识。任何具备此类信息传播功能的系统,在该理论框架下均被视为具有意识。


肖恩・卡罗尔: 全局神经元工作空间理论似乎关注的是意识所涉及的注意力焦点,而整合信息论则更侧重于我们用来规划和掌控自身命运的那种综合信息。


克里斯托夫・科赫: 是的,但它不只是在高层次上关乎命运。因果影响力只是某些元素(神经元、晶体管等)施加影响的能力,例如正电荷具有外在的因果影响力,能影响负电荷。引力由于时空的曲率而具有因果影响力。内在因果影响力就是,一个由神经元、细胞或晶体管(不管是什么)组成的微小细胞网络。如果这些神经元素或这些组成部分处于某种状态,那么下一个状态将会被决定。


因果影响力是实际上可以评估的。 如果对一个系统有完整的数学描述,知道它的状态如何随时间演变,以及各个组成元素如何相互影响,就可以完全确切地计算出它所有的因果影响力。 这并非空想,而是可操作的概念,不诉诸神秘主义或二元论。它只是主张体验的感觉本质上就是这种展开的因果影响力。任何一个具有整合性的系统,即便如子宫旁组织这类看似简单的系统,因内部存在大量分子(可能包含上千种蛋白质等)的复杂因果交互,亦可能具备微弱的“存在感”,体现出最基础的意识特质。


来源:A. K. Seth & T. Bayne Nature Rev. Neurosci. 23, 439-452 (2022)


泛心论与物理主义


肖恩・卡罗尔: 因此你并不畏惧泛心论(panpsychism)思想。即使你不是一个彻底的泛心论者,但你能理解为什么这会是一种思考事物的方式。意识并非达到某个阈值才涌现,而是如碎片般广泛存在。


克里斯托夫・科赫: 完全正确。而且它也没有自由参数。不必武断设定“如果你的Φ值是42,那么你就有意识,但如果低于42就没有意识”。作为一名生物学家,我研究老鼠的大脑,老鼠大脑的大小只是人类大脑的千分之一。然而,如果你观察其皮层硬件,在显微镜下与人类脑组织几乎很难区分。所以毫无疑问,更小的动物,若具复杂行为与记忆的物种,很可能也具备主观体验。这种“万物皆有意识碎片”的古老直觉,也即所谓的泛心论。



肖恩・卡罗尔: 你会把自己归为物理主义者(physicalist)吗?你是否认为意识仅由物理物质构成,不涉及什么神秘的本质?


克里斯托夫・科赫: 从很久以前开始,物理主义就一直有个让我困扰的地方,那就是心智显然不是物理的。 我的视觉、存在或思维状态都不是物理的,根据定义,它是现象层面的。 事实上,薛定谔非常明确地指出,即使作为一名物理学家,也要通过示波器轨迹等意识体验获取数据。当想象爱因斯坦的电梯在自由落体之类的情况时,也需依赖意识中的想象力。那就是意识。


所以我们无法摆脱自身局限。我们唯一能接触到的东西,就是我们对世界的体验。人们无法直接接触到原子,即便通过图像或方程间接理解原子论,但直接感知的只是现象。所有这些像在现实的洞穴内部描绘的美丽形状,构成了我们所谓的“定制现实”(bespoke reality)。那是每个人唯一知道的东西,哲学家称之为"直接亲知"(directly acquainted with)的唯一存在。


物理主义是一个额外的假设。 它主张现象背后存在超越性实体。但若反其道宣称"不存在现象,万物皆物理",则显得荒谬。但 如果你想继续当一名科学家,那在学术圈子里你都不能这么说。因为那样你就会被斥为“玄学”。


肖恩・卡罗尔: 是的。我欣慰你已挣脱束缚,并勇于承认这些思想倾向。


克里斯托夫・科赫: 这得益于一次特殊经历带来的启发。我成长于具有德国文化背景的家庭,自幼接触理查德・瓦格纳(Richard Wagner)的艺术与亚瑟・叔本华(Arthur Schopenhauer)的哲学思想。叔本华作为现代西方唯心主义的重要代表,其理论对我影响深远。


如今,哲学界正兴起泛心论与经典唯心主义的复兴思潮。在此背景下,我想起一位计算机科学家兼哲学家伯纳多·卡斯特鲁普(Bernardo Kastrup),他提出"分析唯心主义(analytic idealism)",该理论继承叔本华思想精髓,依据奥卡姆剃刀原理,主张现象是人类认知的唯一直接对象,物理世界的一切概念,从原子、电荷到基本粒子,最终都需在现象框架内得到解释。这种哲学观念与现代基础物理学发展相呼应,尤其是贝尔不等式、量子纠缠等理论揭示的“非定域性”现象,暗示不存在完全独立于观察者的客观事件,强调观察者在物理学理论构建中的核心地位。


人类直接认知的只有现象 ,因为那是我和你所知道的唯一的东西。一切都是现象。物理层面的东西实际上是从现象中产生的,比如原子、电荷、大脑、基本粒子、夸克以及任何你能想到的物理事物,最终都必须从现象的角度来解释。这种哲学现在与基础物理学相契合,自从贝尔不等式、量子纠缠以及爱因斯坦所说的“幽灵般的超距作用”(spooky action at a distance)以来,我们现在知道可能不存在真正独立于观察者的事件。观察者或许应成为物理学的核心要素,甚至构成存在的根本基础。


这里有一点非常关键。 整合信息论区分了绝对存在和相对存在。 绝对存在是自为存在。比如在你睡眠的早期阶段进入了深度睡眠,如果我在你深度睡眠时叫醒你问你,你刚刚从哪里来?通常你会说从nowhere(无)来,因为你处于深度睡眠中,delta波在你的大脑中活跃。“你”在那个时刻对于自己来说是不存在的。


当你的身体继续睡眠时,你会在躯体沉睡时"苏醒"于梦境,突然你就有了某种存在的感觉。你在梦中飞翔,遇见了很久没见的,已经去世的朋友、爱人、宠物等等。做梦是一种有意识的状态,此时你重新为自身存在。只有有意识的生物,或者有意识的系统才为自己而存在。这是贯穿一切的根本差距,揭示出现象与体验的核心地位。


来源:Davide Bonazzi


肖恩・卡罗尔: 这太棒了。我可能在你所说的每一点上都完全不同意,但我很喜欢这种讨论。


克里斯托夫・科赫: 为什么呢?你不同意什么呢?


肖恩・卡罗尔:







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