意识的生物学基础是什么？
What Is the Biological Basis of Consciousness ?
与客观的宇宙相对，主观的意识必然成为人类所面临的第二个重要的问题。虽然人类自己也是客观物质，但意识本身是无法简单归结到物质世界里的东西，因为人对客观世界的认知是离不开意识的，没有主观意识，客观世界存不存在将无法判断。这就是为什么人类总会有唯心和唯物两大哲学流派的思想分歧，因为离开主观，客观是无法获得认识的。
机器大脑的意识
自我意识的产生是一个重大的哲学问题，如果从科学的角度讲那就是意识产生的基础是什么？当然抽象的意识是一个形而上的哲学问题，最多也就是个心理学问题，一般人站在主观和客观不同的视角下随便争论一下、开开玩笑、讲个段子都可以，但现在在严肃的科学问题面前咱这就得专业一点儿，对待意识现象必须要能建构数学模型，做做科学实验什么的，正经的科学数据必修有，也就是如果这个问题有确切的答案，那么我们人类就可以制造某种物质，并最终让其产生意识。
意识的体验其实每一个人都有，所以大家谁都能说上几句，当然你说，首先得有自我意识，即能区分我和外界的不同的自我意识能力是意识产生的先决条件。Stop，咱们先离开哲学描述，从科学的角度去解读这个问题。对意识科学的问题应该这样表述：意识是一种什么现象？怎样的物质基础才能产生意识活动？这个问题具体一些就是一个石头、一棵树有没有意识，狗有没有意识？那婴儿有没有意识，疯子、植物人有没有意识？也就是说：意识需要在什么样的生物学基础才能产生？
如果还没说明白意义，那么咱换个角度看看历史上的科学大家们都怎么说，听听他们的解读就能看出这个问题的端倪和品质。首先出场的当然是笛卡尔同志，这位老兄很牛逼，因为有个坐标系贴的就是这哥们的标签。据说这哥们喜欢睡懒觉，睡懒觉也能成为天才？能，但不要高兴得太早，睡觉那是有讲究的，勤奋是脑子的勤奋，不是指你肉体几点起床，听说笛卡尔坐标就是这哥们睡懒觉的时候看见天花板上的方格子里一只苍蝇飞来飞去搞出来的，咋样，你的小伙伴该跪了吧？不管你觉得如何，反正解析几何的时代就此开始了！
扯远了，咱先看这哥们对意识咋说，他说：肉体和意识一定是两类截然不同的东西，因为肉体是有空间和时间的东西，而意识只有时间而没有空间属性。瞧瞧人家说的，太添乱了！还好，后来的科学家们否定了肉体和意识是截然不同的两类物质的说法，现在大家一致认为肉体和意识是一个事物的两个方面，就像硬币的两个面，共同组成生命这个物质实体。意识当然是大脑对客观世界的反映，它的基础必然是记忆，所以记忆是一切意识和思维产生的基础，所以小孩刚出生应该不会有意识。为啥用应该，就是本人也不确定，因为有很多“大神”说了：人有前世的记忆，不在脑子里，在人体细胞的DNA中！
深度学习alphago机器人与人脑的围棋对决
科学家不是大神，说话是讲证据的，他们说：意识是大脑神经细胞或神经元自组织行为的一种涌现行为（emergence）。这里这个涌现是集体动力学的词语，涌现就是大量单元之间相互作用产生的一种集体相变行为（比如同步现象），超过临界值忽然就出现了某种特性（注意这种特性不是单个独立单元具有的）。但这并不是答案，那意识是怎么涌现的呢？回答不上来就说明还没彻底搞清楚，一般人当然可以自己体会，那是不是说一个小孩生下来忽然有一天就能分辨自己了（自我觉醒）就是一个意识上的相变点呢，也就是自我意识的产生是个重要的涌现现象？但事情远比这要复杂。
那好，看实验证据最靠谱。刚才讲了肉体（生理载体最主要是大脑）和意识是人的两个方面，所以这两个因素之间存在怎样的关系很重要。首先肉体可以影响或改变意识，也就是说意识不是独立于肉体之上的东西，这不是废话。对神经受损病人的观测发现，大脑脑干深层次的某些区域（首先不是全部区域，其次是指那些在进化意义上较早就存在于人脑的部分）的损伤会让人丧失意识，要么彻底昏迷要么成为植物人！事实表明这些区域是人脑意识的主控开关，就像电源，打开，才能加载不同软件，才有其他区域的意识活动，比如视觉区域，听觉区域，语言区域，空间结构区域等等产生了不同的意识，这些意识里哪些是纯粹的意识，哪些是潜意识的（指更依赖于生理的部分）存在很模糊的界限。
大脑神经元的放电与记忆存储和恢复
比如人们经常所说的和肉体有关的记忆，如骑车，游泳等，这种活动好像不是大脑皮层的某个区域的意识，人们可能对该能力没有任何意识，但却可以做到。例如著名的一个实验（D.F.有人翻译为广泛学习患者，本人不了解）是病人意识上是无法分辨方位的，比如一个槽口(slot)的取向无法分辨（说不出来），但却可以准确完成把一个有取向的卡片塞入槽口的动作，也就是说他对自己怎么做的并没有意识，但他可以准确做到。这就让意识和意识的生理学物质基础之间的关系变得不像我们表面上看上去那么简单。
虽然人类意识现在公认是由一系列神经元间的放电电信号构成，但这些电信号中哪些产生了清醒的意识，哪些只是普通的生理反应而无意识活动的体现，这可能本身就无法区分。从这点来看似乎心理学上佛洛伊德从本我研究人行为动机的潜意识学说是很有道理的，这些电信号是交织在一起的，潜意识的生理信号和思维活动的意识信号彼此互相影响而不可分割，一会儿潜意识信号耦合到意识信号里对心理产生影响，一会儿意识信号耦合到潜意识信号里对生理产生影响。所以心理可以影响肉体，而肉体同样可以影响心理，这就是现在普遍认同的身心健康统一性和具身认知理论的来源。
其实说的好听不是关键，关键是搞研究需要做大量的可控实验结果作为支撑才行。咱不能光听哲学家说大事儿，也不能全由数学模型扯机制，当然也不能靠等待出现脑部损伤的个别案例来推进意识研究进展。那如何能做靠谱的实验呢？当然不能随便就拉个人去把脑干给切一块下来然后看他意识怎么改变，也不能把猴子总不当人随便地抓住就把大脑某个区域插满电极吧（人家好歹也是有意识的生物啊，不然动物保护协会的又要上门闹事了），于是大家需要引入一个更为方便的“非破坏的测量”手段，其中之一就是脑部的核磁共振谱或核磁共振图像。
脑部核磁共振图像
脑部的核磁共振图像如今已经是各大医院医疗诊断的一个常规项目，现在的核磁图像可以非常清楚地显示意识的活动过程中脑部的物理变化。举个例子，科学家可以随时给猴子戴上一个插满电极的舒服的头盔，然后实时地给猴子看一张图片（比如玫瑰），猴子也乐意配合，然后另一边接上电脑，分析这个图像在猴子的哪个大脑区域产生了怎样的变化。现在关于这方面类似的人体实验已经到了达到可以用来解析不同单词的程度（该论文可以在互联网找到，在此不做具体引用）。
无论如何，对意识的认识必须涉及到产生意识的生物学物质基础以及对意识的概念界定，但简单来说总有一个朴素的意识尺度就是意识活动的一个关键节点：自我意识。自我意识之所以重要是因为：我们人类到底能不能亲手制造一个智能化的机器，让它也具有自我觉醒的意识，这当然是个令人兴奋的事情。当然有些人脱口说这不可能，因为他们认为机器不可能产生情感（意识的高级表现之一），用更为科学一点的表述，就是他们认为结构（即物质基础）无法唯一决定某种功能（意识）。
结构和功能的关系如同你把一个品牌的自行车上所有组件都一模一样地制造出来，然后再一个一个组装成整体后发现它并不能达到和品牌车一模一样的品质或功能（装得不合适？这是个比喻，但你懂我的意思），也就是说物质基础本身不是决定功能的唯一因素，在物质结构之上还有其他因素存在，但这个因素具体指什么，这似乎也不玄妙，据我所知就是对历史的记忆（或者就是初值和演化过程的信息）。但我则更倾向另外一群彻底唯物论的人，认为：物质的结构决定一切，也就是说功能的不同一定会归结到结构的不同，而那个所谓的历史记忆无论多么玄乎一定有其物质的载体而最终表现在结构上，所以意识就是大脑这个物质体（注意并不是一成不变的）功能的反映。
齿轮结构和其功能的关系
总结一下就是：意识不是独立于物质结构的东西，结构和意识是一一对应的关系。这就相当于你如果完美地制造出自行车的零件，然后各个零件的组合都一模一样，那自行车就具有一模一样的品质和功能。然而这种结构和功能的关系并不是绝对的正确的，因为一种结构往往可以产生或出现不同的功能过程。
功能怎么反映结构就如同你的电脑，打开电源，即给予能量，然后按照命令（外部和内部的响应）工作，如果其结构不变，那功能就应该不会发生变化，然而事情是：总会有独立于结构的突发事件发生。所以对意识而言，可以认为意识是人脑物质结构在自我能量驱动下不断演化到某个阶段的集体涌现反映，但这个所谓的解释却并不是这个问题的答案，因为它还是哲学层面的论述而不是什么科学结论，但这个结论至少也是唯物的，否定了许多听起来神叨叨的理论。但粗糙地讲这也提供了一种让机器产生意识的方法，就是让它能够不断学习，然后总在某个时候达到一个临界点，它便涌现出了自我觉醒的意识。
机器人索菲亚
最后让我们来看一看和如今非常火热的人工智能有关的一个问题，那就是为什么现在的电脑再发达也不会产生自我意识。首先的一个原因是：电脑没有自我进化的功能，也就是它还不能自己修改自己的程序和改变自己的结构，即它不是一个自持闭合的独立系统。现在的人工智能，虽然机器可以修改程序和优化代码（比如遗传算法啥的），这也就是机器学习的思想萌芽，但无法改变物理结构。我听说过一个挂在网上的程序，其基本功能就是可以自己根据自己的执行结果修改自己的程序以完成自己的目标，而这个程序在网上挂得越久，就会越进步(好学生啊)！其实病毒程序就是一个很好的例子，智能下棋的程序是另一个例子。
病毒程序可以不断修改自己代码而进步（指在躲避杀毒软件代码扫描上的被动进步），而智能下棋程序则可以不断下棋提升自己的下棋水平，比如围棋从初段上升到九段，当然这种程序进化最多依赖于对棋谱的记忆和整理。虽然它们都在一定程度上具备了前面所说的具有不断自我演化的能力，但很明显离达到自我意识还很远，起码它们都还没有充分的独立性，比如没有自我保持能量的能力（停电了都就死悄悄了），当然这也不是必须的。比如真实的病毒其虽然可以不断进化和改变自身结构（如新冠病毒），但你说它是有意识的，根本没有人会相信。
所以如果我们能回答这个问题，就预示着我们具有了制造具有意识物质的基础，这当然不是用生物上传统的克隆方式，而是在实验室里用人类自己发明的工具去制造另一类有意识的物质，无疑这个目标现在离我们还非常遥远，因为我们还并不确切知道产生意识的物质基础到底由什么决定。但可以预言，人类离这个问题的答案已经不远，人类制造具有自我意识的机器人的时代早晚会到来。（原文GREG MILLER）
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