神经学传授：人的意识毕竟是怎样产生的？

颠付

编者按：意识和头脑的产生应该是人类的终极题目之一了吧。大量研究都把意识当作一件事物作为研究的方向。但惠康基金会神经影像中央研究员兼科学主任，伦敦大学学院的神经学传授Karl Friston却以为，头脑不外是一个雷同进化大概气候的过程罢了。原文发表在aeon.co上，标题是：The mathematics of mind-time

划重点
哲学家和认知科学家每每假定意识是个东西
Karl Friston却以为，意识不外是一个天然过程，就像进化或气候一样（推理过程）
Daniel Dennett的达尔文的伤害头脑”：在没有推理者的环境下做出推理是大概的。
人的意识属于复杂体系，这种重复的，自构造的举动的明显之处在于，它跟宇宙通常的举动恰好相反，后者服从热力学第二定律——凡间万物都会趋于混沌，而且熵每每会增长
复杂体系就像高山流水：流水总要往低处走末了流进大海，然后蒸发再被雨云接纳给高山。
每担当一次新体验，你的机体都会举行推理，从而让发生的事变顺应一种认识的模式
任何反复占据特定状态的过程（就像你我），由于其自身的存在，都必须举行推理。
作为时间之箭的效果，可以或许明白自身将来举措所造成的影响的体系，必须具有肯定的时间厚度。
从进化到故意识的处置惩罚，全部的生物过程都可以看作是推理。
意识是事物照旧过程？
我要后悔。作为物理学家，精力病大夫，我发现开展有关意识的对话很难。我最大的诉苦是这个，提出题目的哲学家和认知科学家每每假定头脑（mind）是个东西，其存在可以通过它的属性或要满意的目标来辨认。
但是在物理学内里，假设用任何通例的意义往假定东西的“存在”是件很伤害的事变。不要如许，相反，一个更加深条理的题目是：什么样的过程会让人产生某个事物存在的概念（或错觉）？比方说，艾萨克·牛顿用对力做出反应的大型物体来表明物理天下。但是，随着量子物理学的出现，真正的题目酿成了质量和力的概念所依靠的度量的本质和意义是什么，这个题目至今仍存在争论。
其效果是，我被迫把意识看作一个要往明白的过程，而不是待界说的事物。简而言之，我的观点是，意识不外是一个天然过程，就像进化或气候一样。我最喜好的将意识作为一个过程加以阐明的本领是用“进化”取代“意识”一词-看看题目是否仍旧故意义。比方说，意识是什么这个题目酿成了进化是为了什么？固然，从科学上讲，我们知道进化不是为了任何什么。它没有往实行一项功能，大概所做的事变有什么来由——它是一个不停发展的过程，只能按照它自身的方式往明白。由于我们都是进化的产物，以是对于意识和自我这好像同样实用。
我对意识的见解跟哲学家Daniel Dennett的观点是相呼应的，他不停在致力于明白头脑的劈头。Dennett关心的是，无心的，纯粹的“缘故原由”（cause，A导致B）是怎样引起我们所知的故意的“推理”（reason，A发生，以是B会发生）的。Dennett的办理方案是他所谓的“达尔文的伤害头脑”：也就是如许一种洞察，在没有计划师的环境下举行计划是大概的，在缺乏明白的环境下具备本领是大概的，以及在没有推理者的环境下做出推理（或“漂泊性来由”）是大概的。一种甲虫之以是优于另一种，大概是由于我们可以辨认的一些“来由”，比方说，一个有利的突变会产生更具潜伏的颜色。Dennett在《心灵的进化》（From Bacteria to Bach and Back: The Evolution of Minds ，2017）一书中写道：“天然选择因此是一个主动的来由发现者，在一代又一代间它‘发现’，‘承认’并‘关注’了一些来由。那些吓人的话是为了提示我们，天然选择实在并没有头脑，其自己也没有来由可言，但是仍旧有本领往实行这一计划改进的的‘使命’。”
我盼望可以或许向你阐明，只管自己并没有，但大天然实在可以夺取到来由。在本文的余下内容中，我将提出来由，阐明只管事物没有存在的来由，但是某些过程仍旧会被以为到场了推理。我在这里是用“推理”来表现由推断或溯因引起的表明，也就是说，试图根据潜伏缘故原由、规则或原则来表明观察效果。
对于过程的这种见解，让我们想到了一个关于头脑为何存在的故事，一个的优雅的，只管是缩水版的故事。推理实在上非常靠近于一种万物理论，可以表明包罗进化，意识和生命自己。它不停在诱导。作为一个已经在活动中的过程，我们被丢进了天下。而且那些历程只能基于这个天下稀疏的（假如是经心挑选的话）样本朝着“原来已经存在的东西”的方向举行推理。这种见解含糊了我们所认识的辩证逻辑，再也没有那么清楚的心灵与物质之分，自我与天下之分，以及表象主义（我们刻画实际）和涌现主义（实际来自于溯因与天下的邂逅）之分了。但在没有推理者举行推理之前推理是怎么发生的呢？惰性物质是怎么启动导致意识产生的过程的？
复杂体系
关于这个过程的性子我们不妨先创建一些根本规则，然后再看看我们能走多远。我们只对构成复杂体系的过程感爱好，也就是那些团体大于部门之和的研究对象。明白这一概念有一个好方法，那就是看它的相反。假如你朝着目的射击，那么物理学家很轻易就能根据子弹脱离枪管的角度和动量来猜测它将击中靶心的哪一部门。这是由于靶场险些就是个线性体系，其团体举动是由自身构成部门的相互作用以单向的方式确定的。但是你没法确定电子在绕原子旋转时间简直切位置，也没法确定来岁飓风是不是会打击纽约。这是由于就像全部的天然过程一样，气候和原子并不能由自身的初始条件可靠地加以确定，而是由体系反馈给自身构成部门的交互时产生的举动所确定的。换句话说，它们是复杂体系。
根据物理学家的说法，复杂体系可以通过其状态来表征，而这些状态，是由具有肯定范围大概值的变量来捕获的。比方说，在量子体系内里，粒子的状态可以用颠簸函数来形貌，而这个颠簸函数必要知道粒子的位置，动量，能量和自旋。对于更大一点的体系（比方说我们本身），我们的状态涵盖了我们身材各个部位的统统位置和活动，大脑的电化学状态，器官的生理变革等。从情势上来讲，体系的状态对应于其在大概状态空间中的坐标，差别的变量有差别的轴。
随着时间的推移，现实上统统都应该会变得更加随机，分散和无序。那么到底发生了什么呢？
物体在这个空间内里的移动方式要取决于它的李亚普诺夫函数。这是一个形貌体系在特定条件下大概会有什么样的举动的数学量。作为特定状态的函数其返回的是处在该状态下的概率（大概换句话说，作为该体系中状态空间所处位置的函数，，雷同于气压是在被丈量点的氛围分子密度的函数。）。假如我们知道体系每一状态的李雅普诺夫函数，我们可以写下它从一种状态流转到下一状态的环境——从而用这种活动回纳出整个体系的存在。这就好好比果知道山脉的每一位置的高度的话，就可以或许知道水流经其外貌时会怎样活动。山的阵势就代表了李雅普诺夫函数，水的活动则形貌了体系怎样随着时间演变。
复杂体系的一个紧张特性，是好像它们在使用本身的李亚普诺夫函数越来越朝着大概的状态迫近。也就是说，函数返回的数字越来越小。反过来，这意味着此类体系倾向于仅占据少数几种状态，而且，这些状态倾向于反复频仍出现。再用高山流水的类比，流水总要往低处走末了流进大海，然后蒸发再被雨云接纳给高山。大概，你也可以拿本身的身材为例：你的温度总会保持在肯定范围之内，心脏总会有节奏地跳动，你要不停地呼气和呼气——而你大概天天大概每周都有本身的官样文章。
这种重复的，自构造的举动的明显之处在于，它跟宇宙通常的举动恰好相反。随着时间的推移，万物现实上应该会变得更加随机、分散、杂乱。这就是热力学第二定律——凡间万物都会趋于混沌，而且熵每每会增长。那么这内里到底发生什么了？
我们不外是“怪圈”？
复杂体系是自构造的，由于它们具有吸引子。吸引子是相互强化状态的循环，可让过程到达稳固点，这不是靠失往能量直到制止下来，而是通过所谓的动态均衡来实现。一个直观的例子就是体内均衡。假如你被捕食者吓了一跳，你的心跳和呼吸就会加速，但是你会主动接纳步伐使得心血管体系规复到较清静的状态（遵照所谓的“或战或逃”反应）。每当离开了吸引子时，都会触发头脑、感觉以及动作的活动，终极会把你带回到你认识的吸引状态周期。就我们人而言，我们对身材和大脑的全部鼓励都可以形貌为朝着我们的吸引子，也就是朝着我们最大概的状态发展。
按照这种观点，人类只不外是哲学家道格拉斯·霍夫施塔特（Douglas Hofstadter）所说的“怪圈”。我们全部人都在巨大的，高维的状态空间内里活动，它具有多种大概性，但是我们的吸引子会迫使它们在有限的范围内活动。我们就像秋日的一片落叶；在湍流的漩涡当中找到了一条没有尽头的轨迹，然后以为那条轨迹就是整个天下。把我们本身形貌成怪圈好像过于烦闷——但这对于天然界任何有着一系列吸引状态的复杂体系（就好比你我）来说，这具有深远影响。
每担当一次新体验，你的机体都会举行推理，从而让发生的事变顺应一种认识的模式
总的来说：我们已经看到，包罗我们在内的复杂体系，在我们的准确形貌我们自身过程的李亚普诺夫函数的范围内存在。别的，我们知道我们全部的过程，全部的头脑和举动（假如存在的话）肯定会淘汰我们的李亚普诺夫函数的输出，从而把我们推向越来越大概出现的状态。那么，这个过程的现实环境会是什么样的呢？此处的诀窍是要相识李亚普诺夫函数的性子。假如我们相识这个函数，那么我们就可以或许知道是什么驱动着我们。
究竟证实，李雅普诺夫函数有两个展现性的表明。第一个来自大息理论，该理论称李雅普诺夫函数是令人惊奇的——也就是说，处于特定状态是不大概的。第二个来自统计数据。统计数据表明，李雅普诺夫函数是（负）证据——也就是说它是特定表明大概对这一状态给出表明的精确大概性的概率（边际大概性）。简而言之，这意味着假如我们存在的话，我们就必须借助淘汰不测来增长我们的模子证据或自我证实。有了这些表明，我们如今就可以为生存性的动态赋予目标和目标论。
说到如今，我们如今就可以讨论推理了，也就是找出可以表明我们称之为“天下”的体系的受观测状态的最佳原则或假设的过程。就技能而言，推理必要对有关天下模子的证据最大化。由于我们有这个任务对证据举行最大化，我们根本上是以本身做为模子来对这个天下举行推理。这就是为什么每当你有了新的体验时，都会举行某种情势的推理，实验把正在发生的事变调解为本身认识的模式，大概调解你的内部状态来思量这个新的究竟。这跟统计学家履历的过程雷同，有时间他得决定是否必要引进新规则来表明疾病流传或银行倒闭，而这应该会对本身怎样对经济举行建模造成影响。
如今我们可以看到为什么吸引子会云云紧张。一个有吸引力的状态不测很少证据许多。因此，复杂的体系会陷进到认识的，可靠的周期之内，由于这些过程必须到场到支持其自身存在的原则的验证之中。吸引子会将体系推向可猜测的状态，从而强化了体系针对自出身界所天生的模子。这种不测的最小化，自我证实，推理性举动的失败，会心味着该体系会进进到不测的生疏状态——直到它不再以任何故意义的方式存在。吸引子是通过推理来召唤本身成为存在的过程的产物。换句话说，吸引子是在世意味着什么的底子。
存在一定必要推理
就对上述表述的担当水平而言，你如今应该相识到包罗生物在内的复杂体系终极都会有通缩的倾向了吧。任何反复占据特定状态的过程（就像你我），由于其自身的存在，都必须举行推理。
但这怎样说得已往？你险些肯定不会从推理的角度往思索进化或天然选择的过程吧？现实上，这正是当今的理论神经生物学所发现的表明。比方说，究竟证实，天然“选择”有机体的生存和繁殖本领的方式就是基于推理的。不妨把螃蟹种群作为如许的体系，而个体聚合的特性或表型就是“状态”。这些螃蟹可以有巨细差别的爪子，它们的壳有的硬有的软，有的螃蟹眼睛在水面上看得更好，有的在水下看更好。这种差别的表型构成了关于“行得通”的多种假设。每一个个体都是应该占据这个生态位的一个假设或模子，而且必须在情况的压力下为了选择而举行竞争。
鉴于进化是一个复杂体系，因此它也必须是自我证实的——也就是说，它会始终“选择”越来越有大概占据其生态位的生物。大爪子之以是不停保存下来，由于有了它更轻易捕捉猎物。坚固的贝壳大概有助于抵抗掠食者；具备视力大概会让海洋生物在食品最丰富的地方发现食品更轻易。因此，顺应的得当性无非就是在自身情况中发现一种表型的边沿大概性。换句话说，它的生存只不外是证明白本身是地点生态位的一个好模子的证据罢了。
病毒也具备推理过程的统统自构造动态。但是它不具备素食者的雷同特质
同样的思绪应用到意识上，阐明意识也必须是推理的过程。意识处置惩罚是要推断出感觉状态的成因，从而引导这个天下往避开不测。天然选择通过在差别生物之间做出选择来举行推理，而意识通过在同一生物（尤其是生物的大脑）的差别状态之间做出选择来举行推理。有大量的剖解学和生理学证据可以支持这一观点。假如各人把大脑当作是一种自证的推理器官的话，那么关于大脑的剖解学和生理学的险些每一个方面好像都是为了最大水平地淘汰不测。比方说，关于某个东西在那里以及在差别的地方有什么东西，我们的大脑是用差别的地区来表现的。这是有原理的，由于知道某个东西是什么通常并不能告诉你它在那里，反之亦然。对“表面”天下的因果布局的这种内化，反映出如许一个究竟，也就是要想猜测本身的状态，你必须有一个内部模子来模仿这种感觉是怎么产生的。
但是，假如意识就是推理的话，这是不是意味着从进化到经济体再到原子，全部复杂的推理过程都是故意识的呢？大概不是。病毒也具备推理过程的统统自构造动态，但显然病毒不具备素食者的雷同特质。那它们有什么区别呢？
故意识与偶然识生物之别
故意识和偶然识的生物之别在于其对动作和时间举行推理的方式。关于此，我的论据部门取决于该体系与天下之间的相互关系。天下对体系施加作用，提供构成推理底子的感官印象。同时，该体系也施加作用于天下，以改变感觉的流向，从而顺应本身已经觉察出来的天下的模子。这只是对动作和知觉循环换了一种形貌方式而已；比方说，我们往看，我们瞥见，然后推断接下来更改看什么。
假如举措依靠于推理的话，那么体系必须可以或许推断其举措的结果。除非你可以推测大概的效果，否则就不能选择要做什么。但是，这里有一个紧张的条件。除非拥有关于本身将来的一个模子，否则生物就无法推断自身举动的结果。它必要知道假如本身做这个而不是谁人的话预期会得到什么。比方说，我必要知道（或下意识地举行建模）假如我向左看，向右看或闭上眼睛的话，感觉会怎样的变革。但这种对一项举措的结果的感官证据唯有执举措作之后才会得到，由于时间是永不绝歇的。
作为时间之箭的效果，可以或许明白自身将来举措所造成的影响的体系，必须具有肯定的时间厚度。它们必须拥有本身以及这个天下的内部模子，从而让它们可以或许对尚未发生或大概不会发生的事变做出猜测。如许的模子厚一点薄一点深一点浅一点都不要紧，这重要取决于要向前（predict）和向后（postdict）猜测多远，也就是说，要看它们能不能了解本身假如接纳差别举措的话事变终极大概会怎样收场。具备更加深度的时间布局的体系就能更好地推断自身举措反究竟的结果。神经科学家Anil Seth称之为反究竟深度。
因此，假如体系具备较厚的时间模子的话，它会推断或选择哪些动作呢？答案很简朴：它会最大水平地淘汰举措之后出现预期的不测。证实来自对我们已经知道的东西的反证：存在自己就必要让不测最小化和自我证实。在实践中，体系怎样最大水平地淘汰预期的不测？起首，它们接纳举措是为了淘汰不确定性，也就是要制止未来大概出现的不测环境（比方说严寒，饥饿或殒命）。我们险些全部的举动都可以从这种不确定性最小化所驱动的角度往明白——从对有害刺激缩回的本能反应（比方说掉了一份热食），到观看电视或开车的时间的探求明显的视觉信息莫不云云。其次，这种体系在这个天下上的举措好像具有肯定的目标性，也就是为了让尚未发生但大概发生的不测降到最低。
我们可以称这种体系为主体大概自我：一种基于有厚度的时间模子自动地，有目标地推断本身的将来的体系。因此，厚时间模子和薄时间模子之间的区别表明，病毒是偶然识的。哪怕它们对外部情况的变革做出了推断，也没有表现出对已往的深刻明白大概对将来的久远见解，这些会让他们把尚未发生的不测降至最低。反之，素食者正在以一种有前瞻性和有目标性的方式将不测降到最低，并举行自我证实，而主体的将来远景就酿成了其举措选择的固有部门。比方说，假如我们在病毒这个层面上接纳举措的话，是可以通过变更葡萄糖储备来本能地应对低血糖的。但是，我们的素食者大概会用更久远的眼光来对待本身，然后开始预备一顿饭。同样地，我们回避了把进化称为意识的题目。天然选择的过程让不测最小化（也就是让顺应度最大化），但没有让整个体系的不确定性或预期的不测最小化（也就是说，在替换性的、非达尔文式的进化操纵下会有预期的顺应度）。
因此，意识与更广泛的自构造过程之间的关键区别好像是选择的须要性。在偶然识的过程当中，这种选择是在此时此地实现的。比方说，在相互竞争的体系之间举行选择（好比进化当中的表型）或引起条件反射（好比简朴生物体的趋化性，让它们趋向或阔别较高浓度的化学物质）。反之，我们的那种跟意知趣关联的选择是并行举行的，但是在同一体系内举行的——这是一套体系可以在差别环境下模仿多个将来，并以取得最不不测的效果为目标来选择动作。意识自己只是捕捉这些反究竟将来的一种方式，一种有助于自动推理的方式。
从进化到故意识的处置惩罚，全部的生物过程都可以看作是推理。
意识作为自动推理在实践上是否故意义？我以为确实云云。从精力病学角度来看，意识状态改变有两种情势。意识程度大概会发生变革；比方说，在就寝，麻醉和昏倒期间就会。大概，与精力病综合症和精力药物或迷幻药物有关的那种意识状态也可以发生改变。差别条理的意识又跟它们对举措的影响胶葛在一起。简而言之，意识程度低落的标记是缺乏相应本领。试想一下，一个人没故意识，但是却能对刺激做出反应。唯一能引起反应的是反映出此时此地不测最小化的条件反射。反之，一旦这个人醒了，她就可以引发其关于已往和将来的猜测机制。在我们的一样平常生存当中，这表明时间的厚度或深度随着醒睡周期的增长而削弱——也就是说在意识程度和我们所举行的推理的厚度之间存在着映射。从这一点来看，当我们的模子失往了“厚度”并变得像病毒一样“纤薄”时，就会发生失往意识。
作为精力病大夫，出于多种缘故原由，我被意识状态改变就是推理改变这种见解所吸引。此中的关键是把精力停滞明白为错误推断的本领。比方说，据统计，错误推断有两种范例：（误报）假阳性和（漏报）假阴性。误报对应于把没有推断为有，好比幻觉和贪图。反之，漏报是把有推断成没有，好比无法辨认某物或产生不大概的暗昧（比方说，患者常常会提出如许的题目：我是谁？我在往上走吗？ ）。这在临床上就酿成了定向停滞以及各种情势的熟悉不能（痴呆症，各种大脑器质性综合征。）从实用的角度来看，这是一个有效的观点，由于自动推理背后的神经元机制正变得越来越易于明白。
我们比力快速地过了一遍论证。起首，假如要评论包罗有生命的体系在内的复杂体系，我们就必须确定其在运动过程所体现出的须要举动。这一点很轻易做到，只必要留意到在世一定存在于一系列频仍出现的吸引状态。这意味着存在一个等同于信息理论当中的（负）自我证实大概不测的李雅普诺夫函数。这意味着从进化到故意识的处置惩罚，全部的生物学过程都可以表明为举行某种情势的推理。
假如是如许的话，那么我们在什么时间会唤起意识呢？这里可以提供一个发起，当自我印证具偶然间上的厚度或反究竟的深度时，头脑就应运而生了，这是基于它可以对将来举措的结果做出的推断。头脑的存在并没有真正的缘故原由；头脑之以是看起来像头脑，不外是由于存在自己就是推理过程的尽头。我以为，意识尽不比推断我的将来更紧张。
译者：boxi。


http://www.fyguaji.com