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[转载]SyncMind: 当大脑无法处理不断涌入的信息,就最终演化出了意识

已有 4021 次阅读 2016-6-12 22:02 |个人分类:新视角新观点|系统分类:观点评述|文章来源:转载

选自 The Atlantic

作者:MICHAEL GRAZIANO

机器之心编译

参与:will、阿勺、xunchen、小樱、微胖

自从 1859 年查尔斯·达尔文发表《物种起源》后,进化论就成了生物学的大一统理论。然而,我们最重要的生物特性之一,意识,在进化论里却很少被提及。意识的相关理论来源于宗教,哲学,认知科学,但来源于进化生物学的不是很多。也许这就是为什么很少有理论能够解决一些基本的问题,比如,意识从适应性(Adaptive)角度讲有什么价值?它是什么时候进化出来的?哪些动物拥有意识?

经过过去五年的发展,注意图示理论(Attention Schema Theory,AST)也许能够回答这些问题。这一理论认为,意识的出现是为解决任何神经系统都会面临的一个最基本的问题:太多的信息不断涌入以致于不能完全处理他们。大脑通过进化出日益复杂的机制来深入处理一些选中的信号而忽略其他的,而且在注意图示理论看来,意识是一系列进化的终极成果。如果这一理论正确的话——这还有待研究——那么,意识是在过去 5 亿年里逐渐进化出来的,而且存在于一系列脊椎动物中。

神经元就像选举中的候选人,大声喊叫着并试图压制它的同伴。

在大脑中枢进化出来之前,神经系统就利用了一个简单的计算方法:竞争。神经元就像选举中的候选人一样,大声喊叫着试图压制它的同伴。在任何时刻,只有少数神经元能在这场激烈的竞争中胜出,获胜者的声音在一片嘈杂中突显出来,从而对动物的行为施加影响。这个过程被称为选择性信号增强,如果没有它,神经系统几乎什么都做不了。

进化生物学中,我们通常会比较不同物种,我们也可以用这个办法推测出首次进化出选择性信号增强的时间。水螅、水母的一个小亲戚,拥有已知的最简单的神经系统——一个神经网络。你戳水螅的任何地方,它都会有一个全身反应。没有证据显示,水螅会选择性地处理不同的局部刺激。根据基因分析,水螅和其他动物的祖先之间的分化可能早在7亿年前就开始了。选择性信号增强机制可能是在那之后进化出来的。

另一方面,节肢动物的眼睛是研究选择性信号增强的最佳标本之一。它提高视觉边缘的相关信号,抑制其他视觉信号,从而生成世界的大致轮廓图。因此,大约 7 亿或 6 亿年前的某个时候,就在复杂多细胞生物出现之前不久,选择性增强机制可能在水螅和节肢动物间进化出来。选择性信号增强还很原始,它甚至不需要大脑中枢的存在。眼睛,身体的触摸传感器网以及听觉系统都可以有自己的局部注意力,而这些注意力也只集中在少数选择出的信号刺激上。

下一个演化发展是可以协调所有感觉的注意力中心控制器。许多动物中,这个控制器坐落在一片叫做顶盖的大脑区域(顶盖的英文「tectum」是拉丁语「屋顶」的意思,它大多时候覆盖在大脑的上方)。它调整着外显注意(overt attention )——将眼睛、耳朵和鼻子对准任何重要的东西。

所有的脊椎动物——包括鱼类,爬虫类,鸟类和哺乳类——都有顶盖。甚至七鳃鳗都有,而且这个顶盖早在他们还没有下颚的时候就形成了。但所有人也都知道,所有的无脊椎动物都没有顶盖。这个事实不允许我们将其认为这是进化的产物。根据化石和基因提供的证据,脊椎动物大概是距今 5 亿 2 千万年前进化而来。顶盖和外显注意,应该也是大概寒武纪爆发前后进化出来的,那时,脊椎动物还是靠蠕动来行动的微小生物,与海中数量庞大的无脊椎动物竞争。

即使背对着目标,大脑皮层仍能将它的加工资源集中在目标身上。

顶盖被认为是一个完美的操作单元。为了更有效地控制头部和眼睛,它构造了一种叫做内部模型的东西,对于很多工程师来说,这再熟悉不过了。所谓的内部模型,是一种模拟,用来追踪任何正被控制的东西,并允许预测和计划。顶盖的内部模型,就是一组编码进复杂神经元活动模式中的信息。那种信息模拟了当前的眼部、头部以及其他主要身体部分的当前状态,并对身体的下一步活动及其后果作出预测。举个例子,如果往右看,你看到的世界将会以可预测的方式,通过视网膜向你左边移动。顶盖在这里的工作就是比较自己的预测的视觉信号和实际上的视觉输入信号,从而确定你的行动是照计划进行的。当中的计算工作相当复杂,但是,额外的能量消耗是值得的,因为换取来的是行动的控制。对于鱼类和两栖动物来说,他们的顶盖是它们智慧尖峰,也占据着大脑最多地方。

伴随着大约在距今三千万年到三千五百万年前爬虫类的进化,一种新的脑部结构开始出现——视丘(wulst)。鸟类从他们的爬虫类祖先那里继承到了视丘。哺乳动物也有继承,但我们的版本一般叫做大脑皮层并且已经变得很大了。它是目前人脑中面积最大的结构。有时候,你可能会听到有人将爬虫类的大脑形容为当你除去皮层之后剩下的东西,但这是错误的。皮层的起源来自于爬虫类动物的视丘,并且很多爬虫类比我们认为的还要聪明。

大脑皮层就像一个升级版的顶盖。在皮层之下,还有一个顶盖,功能和鱼类和两栖动物的顶盖功能一样。如果你突然听到一个声音或者在眼角看到了一个动静,顶盖会让你将注意力迅速且准确地转移到那里。大脑皮层也吸收视觉信号并协调行动,但是,它有一个更加灵活的指令系统。根据语境情况,你有可能向前看,向别处看,发出声音,跳一支舞,或者只是单纯地将感知事件保存在记忆里,将来或许用得上。

皮层和顶盖之间最重要的区别,可能在于其控制的注意力的种类不同。顶盖是控制显性注意的区域——指出感觉到重要事件的器官。皮质则要求更高,对应于内隐注意。内隐注意(convert attention)不需要你直接注视物体。即使你背对着物体,皮层仍然会持续处理它的信息。科学家有时将内隐注意比作聚光灯(这个类比最先由遗传学家弗朗西斯•克里克提出)。你的皮质能够将注意力从你面前的文本转向一个附近的人,转向你后院的声音,转向一个想法或记忆。内隐注意,是深度处理的虚拟移动,从一件事转向另一件事。

皮质需要控制那个虚拟移动,因此,就像任何有效的控制器,它也需要一个内部模型。不像顶盖以实际的物体(如眼睛、头)为模型,皮质必须以更抽象的东西作为模型。根据AST理论,它会构造一个注意图示——一组经常更新的信息,实时描述隐性注意所为及其后果。

「有些无形的东西内在于我。那不是一个眼球,或头部,或手臂。它是非物质的存在…」

考虑一个不太可能的思维实验。如果你能以某种方法给鳄鱼连上一个外部演讲装置,这个演讲装置可以获得鳄鱼大脑凸缘结构中注意图示里的信息,那么,技术辅助下的鳄鱼报或许会报告说:「在我心中有些无形的东西。那不是一个眼球,或头部,或手臂。它并非物质存在。那是我对事物精神上的占有(mental possession)。它从一个事物转移到另一个事物上。当心中这一神秘过程抓住了某件东西(grasps hold of something),我就能理解、记忆和回应。」

当然,鳄鱼可能出错。内隐注意并不是无形的。它也有物理基础,只是这个物理基础隐藏在神经元、突触和信号的微观细节中。因此,这一注意图示是战略上的模糊。它用一种物理上非逻辑性的方式,将内隐注意描述为具有一种非物理本质。而这一点,根据相关理论,正是意识的本源。我们说自己拥有意识,是因为在头脑深处,一些非常原始的东西正在计算着那半魔术般的自我描述。当然,鳄鱼不可能真的会讲话。但在这一理论中,它们可能至少具有一种简单的注意图示形式。

当我思考演化时,我就会想起 Teddy Roosevelt 著名的话:「在你所处的位置,用你拥有的资源,做你力所能及的事」。进化就精通那类机会主义。鳍变成脚。鳃变成嘴。而且,自我模式(self-model)转变为他人模式。在 AST 理论中,注意图示首先演化为某人自己的内隐注意模式。但是,一旦基础机制就位了,根据这一理论,它就能进一步适应模仿其他人的注意状态,从而使对群体的预测成为可能。大脑不仅能将意识归结为它本身,它也开始将意识归结为他人。

如果将意识归结于他人的基本能力,哺乳动物和鸟类中都具有,那么它可能起源于它们的共同祖先爬行动物

当心理学家研究社会认知时,他们常专注于一种称为意识理论(theory of mind)的东西,一种能理解他人头脑中思想的能力。一些更复杂的例子只限于人类和类人猿。但实验表明,一只狗能够对另一只狗作出判断:「他是否注意到了我?」乌鸦同样具有令人印象深刻的意识理论。如果他们藏食物时被另一只鸟看到,它们会等其他鸟不在的时候,把同一块食物再藏一次,就好像它们能判断出别的鸟注意到了一个藏匿地点,而没注意到另一个。如果将意识归结于他人的基本能力,哺乳动物和鸟类中都具有,那么,它可能起源于它们的共同祖先爬行动物。在 AST 的进化理论中,在爬行动物大脑的视丘结构形成后,社会认知很快表现出增强趋势。鳄鱼可能不是地球上社会性最复杂的物种,但它们的群体数量巨大,能照顾幼崽,并在被作为有点危险的宠物时,表现出对人类的忠诚。

如果 AST 是正确的,那么,3 亿年爬行动物、鸟类、哺乳动物的进化,已经允许自我模式(self-model)和社会模式一前一后地演化着,相互影响。通过把自己投射至他人身上,我们可以了解其他人的动机,通过关注其他人看待我们的方式,进一步了解自己。我实验室的数据表明,人类大脑皮层网络,允许我们将意识归于其他人,并与建构我们自己意识感的网络广泛重叠。

在意识进化中,语言或许是近期最大的飞跃,没有人知道人类语言第一次进化的时间。当然早在 7 万年前,人们迁徙至世界各地时,我们就产生了语言,所有不同人群间存在一种复杂的语言。尽管语言和意识之间的关系经常被拿出来争论,我们至少可以确信:一旦我们开发了语言,我们可以探讨意识和类比,我们可以大声说:「我是有意识的个体,她是如此,他是如此,那试图毁灭村庄的该死的河也是。」

如果风吹草动,你误以为是狮子,不会产生伤害。但如果你没有发现一只食肉狮子,你会被从基因库里清除出去。

或许部分因为语言与文化,人类具有一种一触即发的倾向,将意识归于我们周围的一切。我们将意识归于故事中的人物角色,如木偶、玩偶、风暴、河流,虚空及鬼神。Justin Barret 称之为「超活跃代理检测装置(Hyperactive Agency Detection Device)」,或被称为 HADD 。一个推测是,安全总好过不足。如果风吹草动,你误以为是狮子,这不会伤害到你。但是,如果你没有发现一只食肉狮子,你就玩完了。不过,对我而言,HADD 超出了察觉捕食者的范围。它是我们超社会属性的结果。演化把我们和他人的状态调整为共振模式,现在,我们非常适应彼此意识状态,它带来自适性意识优势。不过,不可避免的负面效应就是难以察觉误报率(false positives)或鬼神等精神世界。

因此,演化的故事将我们带到了今天,具有了人类意识——一种归因于我们自身、他人以及丰富的鬼神精神世界的某种东西。AST 涉足了许多方面,从简单的神经系统到模拟自身和他人。它提供了一个通用框架,用来理解意识、意识的许多自适性用途以及意识的渐进、持续性演化。

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