觸覺大腦假說、原意識和認知膜
蔡恆進（著名學者，武漢大學軟件工程、管理科學與工程教授、博導）
摘要：人類的自我意識和高級智能如何進化而來依舊是未解之謎。本文指出，人類進化過程中所獲得的敏感觸覺使得認知主體可以將世界清晰地剖分並封裝成“自我”與“外界”的二元模型。人類以此為起點，開啟對世界概念化的認知過程，逐漸形成可理解的信念和價值體系，以認知膜的形式進一步確立“自我”在認知上的“實存”。
關鍵詞：自我 觸覺大腦假說 原意識 認知膜
發表刊物：《科學技術哲學研究》第34卷，第6期，48-52頁，2017。
中圖分類號：N02文獻標識碼：A文章編號：1674-7062（2017）06-0048-05
【收稿日期】 2016 – 08 – 29
The Skin Brain Hypothesis, the Proto-consciousness and the Cognitive Membrane
H. J. Cai
International School of Software, Wuhan University, Hubei, China 430079
Email: [email protected]
Abstract: It is still an open question how human self-consciousness and advanced intelligence is evolved. It is proposed that the world is bisected and encapsulated into Self and Otherness based on sensitive tactility acquired in the biological evolution, resulting in the cognitive membrane, cognitive systems of concepts, faith and values to maintain the cognitive existence of Self.
Keywords: Self; the skin brain hypothesis; the proto-consciousness; the cognitive membrane
1 引言
人類被認為是地球上出現的所有物種中唯一具備高級智能的生物。人類智能產生與進化的原因是一個熱門但未解之謎。大約800萬年前，人類祖先開始直立行走[1]，這也普遍被視為人類誕生的標誌。科學家已經發現的化石表明，早在一兩百萬年前的更新世（Pleistocene），有一種大袋鼠（Procoptodon）就已經實現了雙足直立行走，它們行走的速度較慢，與當時的原始人類行走姿態非常相似[2]。生活在白堊紀晚期的霸王龍（約6800萬-6600萬年前）也是直立行走的代表之一[3]。這些物種已經實現了直立行走，也存活了相當長的時間，可它們並沒有發展出高級智能。
人類智能究竟從何而來？鄧巴（Dunbar）[4]提出“社會大腦假說”（The Social Brain Hypothesis），認為人類大腦進化是為了在龐大而複雜的群體中生存和繁衍。某些動物種群也表現出一定的社會複雜性，卻沒有出現人類經歷的智能進化升級。社會性對於種群的進化和個體出生以後的認知形成具有重要作用，但這不能成為人和其他動物在智能水平上產生顯著分化的有力解釋，我們更傾向於把社會性的強弱看作是智能水平高低的表現。我們要另外尋找人類智能比其他動物能夠更快迭代進化的突變因素或者說是“硬件”根源。羅薩（Rózsa）[5]認為，人類大腦容易感染病毒，十分脆弱，人類的性選擇傾向於更聰明的個體，就是為了提升後代對抗病原的能力。鄧曉芒最近強調了攜帶工具對人猿之別的重要性[6]。性選擇（sex selection）的提出已經超出“物競天擇，適者生存”的範圍，而將（雌性）動物的主觀偏好納入其中，但性選擇不是人類獨有的特徵。人類是唯一需要衣服來維持身體恆溫的生物，敏感的皮膚會不會就是人類智能快速進化的決定性因素呢？
人工智能的發展也對我們理解人類智能的本質提出了要求。對於機器能否實現人類智能目前有兩極化的看法。彭羅斯（Penrose）[7]認為要製造出類似人類智能的機器是非常遙遠的事情，即便某臺機器通過了圖靈測試，也不能斷定機器就真的具備了理解能力。霍夫曼和普拉卡什（Hoffman and Prakash）[8]比彭羅斯走得更遠，他們認為粒子的能量和位置等等都源自意識單元（conscious agents）的相互作用。另一種觀點則認為，人就是由原子構成的“機器”，可以被物理還原，按照現在計算機發展的模式演化機器就能夠達到人類智能。以明斯基（Minsky）[9]為代表的研究者認為，精神是“肉體的電腦”，當計算機的算法行為足夠複雜，機器自然會出現情緒、審美能力和意識等特質，也就能達到甚至超越人類智能。王培（Wang）[10]認為，一個智能系統不必在內部結構或外部行為上和人腦“形似”，但必須在理性原則上與其“神似”，一個計算機系統是否有智能在於它提供的解是否依賴於系統的歷史和處境。
我們認為，人類智能產生的關鍵在於形成了對“自我”的強烈意識。意識可以存在於宏觀尺度，且不需要依賴於量子特性。相比其他生物物種或當前世界頂級的人工智能，人類的超越性主要體現在能想象出超現實的、但最終被證明可以實現的未來，其根源在於人類的認知一開始就建立在對宇宙、對世界的整體剖分上，而由自我意識驅動的“概念”體系的建構、傳播與認同過程是超越性的一個典型體現。
2 觸覺的特殊地位
成人大腦約有1000億個神經元，但嬰兒在母體內時，神經元之間的連接很少（或很弱）。嬰兒剛出生時腦重量約為370克，兩歲時，腦重約為出生時的3倍，三歲時已經接近成人的腦重，在這個階段腦重的增加伴隨著神經元間的連接大量增加[11]。我們認為，在這個階段外界對皮膚的刺激是溫暖、疼痛等強刺激，使嬰兒產生了“自我”與“外界”的區分意識。作為對比，很多生物具有高度發達的視覺系統但沒有與人媲美的智能可能是因為視覺、嗅覺等刺激不容易將“自我”與“外界”區分開來。
波特曼（Portmann）[12]提出的“分娩困境”暗示，嬰兒在母體內就發育到較成熟的大腦才更好（這也意味著長達18—20個月的孕期）。但是我們認為，出生後再發育成熟會更有利於嬰兒的未來發展，因為只有在感知世界的過程中再建立大腦內神經元之間的連接才能使個體產生強的自我意識和卓越的智能。例如雞和烏鴉都是卵生動物，小雞剛出殼不久就能走路與進食，但烏鴉剛出生時沒有絨毛也沒有視力，無法離開鳥巢，需要親鳥飼餵1個月左右才能獨立活動[13]；但許多數據顯示，烏鴉才是最聰明的鳥類之一，雞的智能則遠不及烏鴉。
恐龍統治地球那麼長時間，卻沒有證據表明它們曾經具有高級智能。恐龍最早出現在2億3千萬年前的三疊紀，滅亡於6千5百萬年前的白堊紀晚期，共存在了1億7千萬年。相比之下，最早的人類化石距今約700萬年，智能的高速進化大約是在過去的幾百萬年內完成的。相對人類而言，恐龍皮糙肉厚，這可能就是恐龍未能發展出高級智能的原因。高級智能似乎不是在足夠長的時間內單純依靠“物競天擇、適者生存”來進化就能達到。
在大腦快速發育過程中，個體不僅要具有清晰的邊界，還要能適應環境生存下來。因此，只有在特殊條件下產生的基因突變，才能導致高級智能的誕生。在宇宙中，有高級智能生物的星球也因此可能非常稀少，費米悖論[14]也可以看作支持這一觀點的一個間接證據。
基於以上發現，我們完全可以設計出一系列的驗證實驗。例如，可選取繁殖週期較快的動物，如小白鼠等，分成幾組進行飼養研究，針對大腦發育關鍵期對不同組設定不同的環境條件，培養幾代後觀察其智力表現。
3 原意識
我們將“原意識”定義為：對“自我”的直觀、對“外界”的直觀，以及將宇宙剖分成“自我”與“外界”的這一簡單模型的直觀。
這裡的“直觀”，可以理解為Qualia（可感受的特質）。生命個體對光線明暗/顏色的感知能力是由該個體的基因決定的，但人對於明暗/顏色的直觀/Qualia是後天在大腦中形成的。凱和麥克丹尼爾（Kay & McDaniel）的研究表明很多語言中，先出現“黑”和“白”這樣的詞彙，“紅”等詞彙晚些才會出現[15]。
人有了對自我和外界的區分，自然也就明白了何為自我，何為非我，即人關於“自我”和“非我”的概念對（pair）隨之產生。有了這種概念對的原型，很多複雜的感知就可以被封裝成概念對，比如“上”和“下”、“黑”和“白”、以及“這裡”和“那裡”等等。
一個概念和它的對立面更可能是同時出現並不斷迭代加強的。例如對嬰兒而言，開始他只能夠區分能吃的（如蘋果和橙子）和不能吃的（如塑料玩具），這時候對他而言蘋果和橙子可能是同一的，但隨著經驗的積累或者父母的指導，他能通過形狀、顏色等開始區分蘋果和橙子。另一方面，即便兩個蘋果是兩個單獨的個體，人們仍能將它們歸為同一類。有了對“同一性”的認識，它的對立面“差異性”就有可能變得更清晰。
皮膚這一明晰的物理邊界使得人類對“自我”和“外界”的剖分非常確定，並能夠毫不費力地辨別“自我”與“外界”的內容，這有助於將“原意識”的直觀傳遞給他人和後人。
但這一邊界不會一直停留在皮膚這一層次，而是會向外延伸。最早期的延伸就是食物。比如將果子抓在手裡了，就會認為果子是自己的，不希望被他人奪走。下一階段就是領地意識，不僅在手中的果子是自己的，這棵樹上所有的果子都是屬於自己的，不希望有其他人來採摘。動物不希望別的動物喝河裡的水，因為它覺得河水應該是隻屬於自己的。工具是手的延伸，家庭是個人的延伸，新聞媒體是人類的延伸[16]。這種認定自己身體之外的自然物屬於“我”的傾向，可以稱為“自我肯定認知”。
“自我”既然能夠向外延伸，就能夠向內收縮。我們常常認為“內心”更能夠代表“自我”，而不是我們的皮膚或四肢。這裡“我”指的是心靈，而非身體。當“自我”的邊界經常發生變化並變得模糊時，“自我”這個概念也就可以脫離物理和現實的束縛而存在。
明斯基認為意識是一個“手提箱”式的詞彙[9]，用來表示不同的精神活動，如同將大腦中不同部位的多個進程的所有產物都裝進同一個手提箱，而精神活動並沒有單一的起因，因此意識很難釐清。我們認為把世界剖分並封裝（encapsulate）成“自我”與“外界”是革命性的，它使複雜的物理世界能夠被理解（comprehensible），被封裝的“自我”可以容納不由物理世界所決定的內容，想象力和自由意志（主觀能動性）也因此成為可能。
4 認知膜與自我肯定需求
在現實世界複雜的交互環境下，人對“自我”意識的強化，由自我肯定需求驅動形成的認知膜完成。在我們之前的研究中，通過考察中國自秦以來和西方五百年來的發展歷史，提出了“自我肯定需求”的概念[17]，為解釋中國改革開放三十年來的經濟奇蹟，又提出了“認知膜”的概念[18]。我們發現，自我肯定需求理論及認知膜，不僅能夠在國家層面上剖析問題，也同樣適用於對個體的認知。根據自我肯定需求理論，人對自己的評價一般高於他認知範圍內的平均水平，因而他更希望在分配環節得到高於自己評估的份額，即自我肯定需求。同時人在與外部世界交互時，在面對明顯要高於自己水平的一個參照系的情況下對自身或自身所處環境進行評價時，為防止過大的落差擊垮自身的心理防線，總是更傾向於肯定自我，用較高的自我評價從主觀上進行自我保護，這一認知綜合體即為認知膜。認知膜像細胞膜保護細胞核一樣，起到了保護人的自我認知的作用。認知膜一方面過濾外界的信息，將有益的部分融入主體的認知體系，為自我認知提供必要的養分並促使其不斷生長、昇華；另一方面使主體在面對外來競爭者時，在主觀上縮小其與優秀者的差距，堅守內心信念，保持一種樂觀心態去積極迎戰。
在人類進化的過程中，語言的出現是一個標誌性的飛躍。嬰兒表現出令人驚歎的語言學習能力[19] 。我們認為，外界刺激的多樣性使得嬰孩自我意識迅速成長，也使得其自我肯定需求愈加強烈，而正是這種強勁的自我肯定需求，促使嬰孩嘗試各種方式與外界交互。當他們發現語言是最有效的表現和溝通方式時，他們就會將語言作為工具，利用一切可以使用的資源進行語言的學習，習得的成果又能迅速從與外界的交互中獲得肯定，進一步刺激他們學習語言、識別事物、與外界有效交互的強烈意願，因此嬰兒的學習效率會很高，習得母語非常迅速。而第二語言失去了作為工具的需求，相對來說習得過程就緩慢了很多[20]。就母語習得而言，普通嬰兒可以被稱為神童。少數嬰孩以音樂作為工具與外界交互，他們因此可能被稱為音樂神童。
不僅僅是嬰兒，在更廣域的尺度上，人的成長、公司的發展，乃至國家的成長，根本上都與自我認知相關，這個基本的出發點常常被社會科學研究者所忽視。人以及由人組成的集體往往面臨類似嬰兒的認知處境：如何處理自我和外部的關係。認知膜為主體的認知提供了相對穩定的內部環境，確立了個人、組織、國家不同層面“自我”的存在。在自我肯定需求的推動下，特定的社會傳統塑造了特定的價值觀和制度體系，來維持發展進程的連續性，由於在大多數情況下，總的自我肯定需求必定大於其所在社會的當下產出，那麼維持發展必將離不開新資源的不斷捕獲，以此來調和自我肯定需求驅動的認知與財富供給的矛盾。這一矛盾正是東西方國家興衰準週期律的根本原因[17]，是企業尋求持續性成長的重大挑戰[21]，也是跨越中等收入陷阱必須解決的問題。
原意識是人類認知結構的開端。當概念體系和價值體系（認知膜）從原意識中逐漸衍生出來之後，“自我”和“外界”的邊界逐漸模糊，“自我”更像一個生命體，需要不斷補充養分（自我肯定需求）使其得以維繫，從而確立一種認知上的“實存”。
5 總結與討論
我們嘗試用一個簡單的假說來統一解釋一些看似衝突或離散的現象，從而建立一個自洽的理論，這正是運用物理學家們從第一原理出發的成功經驗。哺乳動物有一套完整的感覺系統，基因突變引起的毛髮減少、皮膚變敏感，為人體與外界提供了明晰的物理邊界，也為人對於“自我”和“外界”的剖分（原意識）提供了物理基礎。隨著大腦快速發育、神經元不斷建立連接，這種關於“自我”和“外界”的剖分演變成關於自我和世界的觀念，形成強烈的自我意識，才能進一步探尋“自我”與“外界”的關係，進而產生高級智能。這整個演化過程我們定義為“觸覺大腦假說”，如圖1所示。
圖1 觸覺大腦假說示意圖
本文提出了觸覺大腦假說和原意識的概念，並討論了認知膜對智能進化的作用，如表1所示。觸覺大腦假說明確了觸覺為區分“自我”與“外界”提供了物理基礎，因而在人類智能進化過程中有著特殊地位。原意識是個體認知的起點，是關於“自我”與“外界”的剖分這一認知原型的直觀，能夠通過代際傳承給後代。認知膜包含了人的概念體系、價值體系和信念體系，個體認知不斷深化，認知膜不斷擴張，為“自我”的成長提供保護。
表1 觸覺大腦假說及相關概念的主要內容及對象
“自我”的延伸或成長不僅僅侷限在物理空間這個維度上。“內心”的“強大”實際上是“自我”的“圓融”，亦即當個體的自我肯定需求不停得到適當的滿足，應對“外界”能夠“融會貫通”，“自我”就會越來越強大，能夠包含的內容也越來越多，成長到一定階段，就可能達到一種超脫的狀態，“隨心所欲而不逾矩”，在物理世界規律的約束下，依然能夠按照自己的意志行動，從“必然王國”走向“自由王國”！
如果可以理解人類智能“從哪裡來”，面對人工智能的挑戰，我們更無法迴避人類智能“該往哪裡去”的拷問。本文為休謨問題的解答提供了一個新的連接點——自我意識。連續的物質運動被“自我意識”分割成“事”和“物”，然後在此基礎上被分類，被賦予權重，被賦予意義。“價值命題”可以從“事實命題”映射出來，也可以由“自我意識”生髮出來。
“世界上最無法理解的事情，就是它是可理解的”（愛因斯坦）。這個世界的可理解在於能對世界進行“自我”與“外界”的剖分，人與人之間的可理解性在於認知主體具有相同的原意識。圖靈機不能自發產生自我意識和價值體系，但人類能夠賦予之。真正的挑戰在於賦予何種價值體系，使得不同機器之間能夠互相理解、競爭並進化。引導機器形成自我意識，並教育機器以仁愛，才更有可能實現人機和平相處、共同發展。
致謝
本文得益於與王培、鄧曉芒、黃治國和徐正全的討論，樊小英、蔡天琪、汪愷、張文蔚和解丹更是參與了文獻查找和文字整理，謹致謝意！
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