距离召开研讨会还有一些时间,东方若兰给尚明讲起了天启计划。
探究意识本质是当前世界各主要国家都在竞相投入和研究的一个课题。深刻理解意识本质并掌握相关技术,可以在应用于军事方面的意识扫描,应用于医疗方面的意识唤醒,乃至探索意识与生命起源的关系方面取得领先。
中国政府这些年对基础科学研究尤为重视,高层希望通过率先实现理论研究的突破来引领新一轮的技术革命,并拉动经济发展和综合国力再上一个台阶。
天启计划应运而生。
有了政府的大力支持,就有了充足的科研经费,也就能够集聚最顶尖的科学家,并运用足够先进的实验设施和方法来开展研究工作。
天启计划项目组的最高负责人实施轮值制度,每两年更换一次,由相关的不同学科的领军人物担任。而当下的负责人,正是东方若兰的父亲东方白。
等若兰带尚明到达会场的时候,研讨会已经准备开始了。这是一个圆桌会议,分内外两圈,内圈是作为项目组成员的科学家,外圈则是像东方若兰这样的助理人员,以及受邀请的,像尚明这样的科研对象的家属。
满头银发的东方白精神抖擞,向走进会场的女儿微笑着点了点头,然后便缓步走向了主持台。
“我先把前一阶段的研究成果做个汇报,然后大家可以针对一些问题发表意见,展开讨论。”
......
人为什么会有意识?意识的物理学基础是什么?我们截至目前的研究表明,意识或许跟气态、固态和液态一样,也是一种物态,是能够在特定物理系统中发生的过程。
那么,为什么一些物质系统有意识,而另一些却没有?
想象一下我们曾经吃掉的食物,我们可以把自己仅仅看作是那些食物的一部分被重新组合在了一起。这说明,我们的意识并不仅仅取决于吃下的原子,而是有赖于这些原子被排列成的模式。
我们已经研究了把大量原子组合起来会发生什么,结果发现它们的集体行为由其排列模式决定。比如说,水的固态、液体和气态的关键区别不在于分子的类型,而在于它们的排列。蒸发或者冻结液体,不过是重新排列了分子或原子而已。
我一直主张,意识是信息在被以某种方式处理时的感觉方式。信息处理系统若要有意识,它的信息必须被整合为一个统一的整体。我们将这一思想称为整合信息理论。
整合信息理论为很多问题提供了答案。比如,为什么我们脑中的一些信息处理系统似乎是没有意识的?依据将脑部测量与主观体验报告结合起来的大量研究,神经学家们得出结论认为,小脑没有意识,而是一个无意识的信息处理器,帮助脑的其他部分完成特定的计算任务。
整合信息理论对此的解释是,小脑主要是一个“前馈”神经网络集合,信息在其中如河水一般流淌,每个神经元基本上只影响下游。没有反馈,便没有整合,也就没有意识。与此形成对照的是,脑中与意识有关的系统都是高度整合的,所有部分都能够互相影响。
因此,对于超级智能计算机是否会有意识这个问题,我们给出的答案是:看情况。它的信息处理系统中高度整合的部分将真正拥有意识。
另一个被整合信息理论给出答案的问题是:为什么人们在癫痫发作、使用镇静剂以及深度睡眠时没有意识,做梦(即快速眼动睡眠)阶段却有意识?在使用镇静剂或者深度睡眠阶段,尽管我们的神经元保持着完好的状态,但它们的互动被削弱了,以至于整合度减小,继而令我们失去了意识。癫痫发作时,互动又变得太强,以至于大量的神经元开始互相模仿,失去了贡献出独立信息的能力,而根据整合信息理论,这恰恰是意识的另一个关键条件。这就像是一台计算机的硬盘上,所有编码信息的比特位被迫全部为1或者全部为0,造成这块硬盘仅仅储存了1比特的信息。我们最近用实验方法验证了这些想法,并计算出一个“意识指数”。我们利用脑电图监测一些存在意识障碍的,或被临床诊断为植物人的对象的大脑,观察他们的大脑在接受磁力刺激后的电活动,通过这种方式来测量这一指数。
清醒和做梦的人具有相对较高的意识指数,被麻醉或者处于深度睡眠阶段的人指数要低得多,而存在意识障碍的人和植物人的指数则为零或时有时无。意识指数甚至成功地将两名闭锁综合征患者判定为有意识,他们清醒且有感知,但因麻痹而无法说话或者活动。这表明,这项技术很有潜力帮助医生判断无反应的病患是否还有意识。
尽管取得了这些成功,整合信息理论还是留下了许多有待解答的问题。如果要将我们的意识探测能力延伸到计算机或任意的物理系统,我们便需要将它的原理植根于基础物理学。
在任意一群运动的粒子中识别意识,与一个更简单的问题类似,也就是在这种系统中识别物体。举例来说,我们在饮用冰水的时候,会把杯子里的冰块看作一个单独的物体,因为它各部分之间的相互连接要强于它与环境之间的连接。换句话说,冰块相当地整合化,与杯中的液体相比也相当地独立。同样的,我们也可以对构成冰块的成份来说,从水分子到原子,再到质子、中子、电子和夸克。将目光拉远,我们也可以用类似的方式来理解宏观世界,将它看成是高度整合又相对独立的一级级物体组成的动态体系,从行星到太阳系再到整个星系。
不过,整合度太高是一件坏事。例如当我们知道发动机活塞里一个原子的位置时,便获得了活塞中所有其他原子的位置信息,因为它们是作为一个单一物体共同运动的。活塞原子的行为差不多就像是癫痫发作时的神经元,盲目地相互追随,因而系统中只能存在极少的独立信息。所以说,有意识的系统必须在整合度太低(比如原子运动相对独立的液体)和整合度太高(比如固体)之间找到平衡。这表明,意识是在较无序和较有序两种状态之间的相变点附近达到最大化。事实上,只有在脑的关键物理参数被维持在一个很小的范围内时,人才不会失去意识。
我们还知道脑具有一定的纠错功能,因为仅凭不太准确的片言只语,我们就能回忆起一首歌完整准确的歌词。
我已经列出了三条原则:信息原则(系统必须具备充足的信息存储能力)、独立原则(系统必须实质上独立于世界的其他部分)和整合原则(系统不可以由接近独立的部分组成)。我们还需要追加一条动态原则:有意识的系统必须拥有充沛的信息处理能力,而被整合的必须是这种处理过程而非静态信息。
这些原则应当是意识的必要而非充分条件,就好像低可压缩性是液体的必要而非充分条件。将意识和整合信息理论立足于基础物理学是很有希望的前景,尽管还有很多研究工作有待开展,而且能否成功还不完全确定。
如果这种努力确实成功,其重要性将不光体现在神经科学,还会体现在基础物理学。在基础物理学领域,一些最令我们头疼的问题反映出我们并不知道该如何对待意识。如果我们能够弄清楚如何在任意物理系统中识别出意识,并且计算出它们怎样感知世界,也许便能够回答这些难题。
......
东方白的报告深深吸引了尚明。作为中国科技大学地球物理专业的高才生,热爱探究事物本质的尚明对物理有比较深的认识和理解。现在听东方白做报告,项目组把物理和意识进行结合研究,并提出如此深刻的见解,尚明感到很是震撼。
整个报告期间,东方若兰坐在尚明旁边,时而微笑,时而沉思。
“可以用意识指数对尚林大哥做进一步的监测和诊断。”若兰凑近尚明的耳朵轻声说。
尚明点点头,向若兰投以感谢的目光。
......
“东方教授是否认为,从微观世界的粒子系统,到宏观世界的星系系统,意识是一种普遍的存在?”尚明突然站起身来,向东方白问道。
项目组的科学家们齐刷刷地向尚明望去。
东方白看着尚明,嘉许地点点头。“这个问题很好。依我之见,有意识的各类系统,在宇宙中应该是一种比较普遍的存在。”
......
研讨会进入了中场休息,东方白和项目组的一些科学家碰在一起,喝着咖啡闲聊起来。
而此时的东方若兰,则向尚明讲起了父亲东方白的坎坷经历。