意识难题为何是科学研究难以跨越的鸿沟

编者按

【资料图】

科学家钱学森曾说：“没有科学的哲学是跛子，没有哲学的科学是瞎子。”对于科学尤其是认知神经科学、人工智能科学的快速发展带来的问题，哲学是如何解释的、有哪些新的理论？

本文中，中国科学院哲学研究所讲师吴东颖梳理了当代心智与认知科学中形而上学的几个主流理论，并希望形成哲学理论与经验科学之间的研究对话。

图片来源： 挪威卑尔根大学官网

■吴东颖

当代科学哲学对脑科学、心理学与认知科学方面有什么样的理论贡献与进展？如何评估哲学对于强化和促进科学假说、统筹人文与科学协调进步方面的优势？本文的论述希望能引起有科学背景的读者的思考与探讨。

一

伴随认知神经科学、人工智能科学的发展，我们对于人类心灵本质的理解日渐深入，从哲学视角对人类心智解释理论的迫切性也提上了日程。

心理学、认知科学与脑科学的形而上学问题包括：心智存在吗？心智（的本质）是什么？心、意识跟大脑有什么关系？如果心智就是大脑，心智如何不同于大脑？有没有可能用科学来解释与理解意识？神经科学能告诉我们意识是什么吗？心智如何与世界发生因果互动？心智如何拥有关于外部的知觉内容？

人工智能时代将至，对人类心智的理解有助于启发人工智能技术创新。但人类心智具有一些与动物或是机器有所区别的重要特征，这些特征与区别涉及的问题包括：心智的本质是计算机程序吗？计算机或人工智能有可能自我思考吗？心智能存在于不同种类的事物如电脑或机器人中吗？

本文将从心物问题出发，梳理各种心理理论的重点与难点，提出意识问题对当前科学理论产生的困难，最后建立哲学理论与经验科学之间的研究对话，加深对心智本质研究的发展。

为方便讨论，依照当代哲学文献的多数习惯，本文对以下哲学专业用语作定义与区分。

将所有心理现象区分为静态的心理状态与心理过程，后者包括推理、记忆、学习、识别、概念化等过程。前者可再分为意向状态与非意向状态。意向状态指以其他事物为对象的状态，包括信念、欲望、希望、喜欢、怀疑、判断、担忧、思考等。非意向状态包括感受质、经验与情绪。

将宇宙万物区分为实体与属性。实体指可以拥有（例示）属性的事物，常见的实体包括粒子、细胞、每个生物、行星、星系等个体具体事物；属性又称共相，指能被多个实体拥有（例示）的抽象事物，包括数、颜色、形状、重量、生物学的种属、关系、德性、美等。也可暂时笼统地以主谓词区分理解实体与属性的区别。作为主词的称为实体，作为谓词的称为属性。如“雪是白色的”涉及实体“雪”与属性“白色”。又如“切克闹是猫”涉及实体“切克闹”与属性“猫”。

将“事件”定义为某一实体在某一时间点拥有某个属性。两个事件是同一事件，当且仅当，同一实体在同一时间拥有同样的属性。所谓一个属性“因果（causally）”引起另一个属性，指的是一个属性的拥有因果引起另一个属性的拥有。这里的“因果（causality）”指一般科学意义上的因果关系，如“点火柴引起火燃烧”或“抽烟引起肺癌”，与这两句话涉及的因果的用法相同。

所谓的心物问题，讨论的是心跟物（指神经元、大脑与身体等物理层面的事物）之间如何产生联系，所以核心问题是心与物如何因果互动。当然，常识已预设了心物之间有因果关系。

如道德心理学强调的自由意志与道德责任，必须预设我们的身体行动是心理因果导致产生的，也就是心物因果。乍看之下，心物问题似乎是科学问题。而心智是如何产生因果作用只能依赖科学回答。但从近代至当代从事心智哲学方面研究的哲学家，已指出了许多心物因果的困难，预示着这个问题是科学实验可能无法解决的。

二

我们从“心智是什么”这个问题开始。按照上述的区分，如果将心智作为实体而不是属性，这种立场称为实体二元论。实体二元论者认为，我们可以想象心不依赖身体而独立存在，但心与物理实体（例如神经、大脑、身体）不同，物理实体占据空间且没有思考，但心智是一种不占据空间但能思考与感受的实体。

近代哲学家笛卡尔主张心灵实体是灵魂。这种心灵实体存在于大脑中，尽管不能被科学所解释，但是能与大脑的松果腺体产生因果作用，进而引起身体动作。

但这种想法会产生不少问题。既然心灵实体不占据空间，那就不可能与空间中的脑神经产生因果作用，所以这个观点在当代科学中已站不住脚。而且根据能量守恒定律，一个系统中的能量不能无故生成。但心灵实体作为不占据空间的事物，既然不存在系统中，如果对大脑产生因果作用，那么似乎是不在系统中产生的额外能量，这违反了能量守恒定律。

更严重的问题是，如果心灵实体不在空间中，那么心灵实体如何能锚定在身体中呢？为什么在飞机上加速到时速数百公里时，心灵实体也会跟着身体一起加速运动呢？既然是不占空间的，讨论心灵实体的空间位置似乎毫无意义。

如果摒弃实体二元论，那也可以采取一元论的立场并且主张世界上只有一种实体。如果这种实体是物理实体，这种立场就被称为物理主义。

物理主义分为强物理主义与弱物理主义。强物理主义认为所有的实体与属性都是物理的，不存在心灵实体或心灵属性。这种立场又称为取消论。弱物理主义认为所有的实体是物理实体，不存在心灵实体，但存在心灵属性。这种立场又被称为属性二元论。观念论则认为世界上只有心灵实体，没有物理实体，世界由心所构造。

最近有些哲学家提出一种特殊的一元论，主张宇宙中最基础的事物是某种元心灵实体或既不是心灵也不是物理的实体，但这种实体可以产生心灵属性与物理属性或实体。前者立场被称为泛心论，后者立场被称为中立一元论。

在介绍属性二元论之前，必须先引入与心物问题相关的“还原”概念。例如属性“作为没有结婚的男人”可以还原为属性“作为单身汉”。而所谓心物属性还原指心智属性可还原为物理属性，既然身可以产生因果力，那么心也可以。

这里可以进一步细分，如果将心智属性还原为行为属性，这种立场被称为行为主义。如果将心智属性还原为大脑脑神经方面的属性，这种立场被称为心脑同一论。这两个立场也被称为还原物理主义。

行为主义流行于上世纪中期的心理学。受到当时科学思潮的影响，只有客观科学实验所能观察的对象才是科学，心理学的目标是预测与控制行为，大脑或主观状态是黑盒子。例如，疼痛就是某些行为规律或倾向：颤抖、冷汗、心跳加速、流泪与发出哀号等声音。既然心就是行为，心物因果问题自然消解。

但问题是，心显然不是客观的生理反应。疼痛是内心的主观感受，而不是可观察的身体反应。哲学家曾举出几个例子，设想一位演技精湛的演员，能演出疼痛的所有身体反应，但是内心完全没有疼痛的感受。又设想一位刚毅的军人，即使感受到剧烈的疼痛，但外观上完全无法观察。既然疼痛与相关身体反应不一定一起发生，疼痛显然不是身体的行为反应，所以行为主义有问题。

心脑同一论将心智属性还原为脑神经属性，将心智等同于大脑神经活动，心理事件就是大脑神经事件。这个立场不否认上述心理过程与心理状态的存在，这些都是具有心智属性的事件，例如“张三感到疼痛”就是张三具有“感到疼痛”这个心智属性。但是进一步强调这些心智属性全部都可以还原为某种脑神经属性，例如“感到疼痛”可以等同于“脑神经某c-fiber激活”。既然心智属性就是脑神经属性，而脑神经能对身体产生因果力，心智当然也有因果力，心物因果问题因此解决。

有哲学家指出心脑同一论无法解决的问题：心智具有多重可实现性。心灵属性可被不同的物理属性所实现，因此心智属性类不等同于人类的脑神经属性类。例如疼痛可能不只被人类的某c-fiber脑神经群的活动所实现，也可能被非常不同于人类脑神经的其他物种的脑神经所实现，如章鱼。因此心脑同一论不一定正确。

三

物理主义还有一种可能分支是取消论。取消论不将心智属性还原为任何物理属性，而是直接否认心智属性存在。

按照取消论，我们所熟悉的那些心智属性，包括信念、欲望、希望、喜欢、怀疑、判断、担忧、思考、感受、经验与情绪，这些常识心理学的概念都不存在。

取消论否定常识心理理论的原因是其属于在脑神经科学发展以前，人们为了描述心理现象所创造的理论。如同古人为了解释自然现象所创造的神话与迷思，或早期科学为了解释自然现象所创造的燃素与以太，这些古老的、过时的、错误的或不精确的理论都应该被摈弃，转而被更先进的科学表达所取代。

取消论也主张常识心理学的理论与概念是古老、过时且不精确与错误的，应该摈弃这些理论概念并且以脑神经科学取而代之。疼痛、快乐与悲伤这些概念都是不存在的，存在的只有脑神经活动。取消论的明显问题是，常识心理学提供的相关概念与理论依然是认知科学与心理学的主流，它们的解释力与预测力仍然很好。

还原物理主义（行为主义与心脑同一论）似乎蕴含掌握了物理知识就能掌握心理知识的倾向。但这未必正确。

设想一位天才科学家，从出生就戴上只能显示黑白色的眼镜。他学习了物理学、生物学、心理学、认知科学与脑神经科学的知识，并且掌握了人脑看到红色的所有相关科学知识，尽管从未亲眼见过红色，但当他摘下眼镜的那一刻，手上鲜红的苹果让他第一次看见了红色。此时，他才终于知道红色，增加了新的关于红色的知识。可见，有些关于心理的知识不能被物理知识所掌握。

上述的行为主义与心脑同一论将心灵属性还原为一些物理属性。如果摈弃行为主义与心脑同一论，认为心智属性不可还原为物理属性，并且心智属性本质上与物理属性不同，这称为反还原物理主义。

如果两者属性不同，心灵智性的本质是什么、是如何产生的？对此，功能主义者的回答是，心智属性的本质是功能状态，是物理系统所实现的一种功能类。涌现论者的回答是，心智属性是物理系统在宏观层次所涌现的特殊属性，但不依赖微观层次的物理组成部分或组成方式。

英国数学家和计算机科学家阿兰·图灵在1950年发表的文章《计算机器与智能》提出的经典问题是“机器能思考吗”，并且提出图灵测试。上世纪60年代美国哲学家普特南主张人心是图灵机，而大脑就是执行图灵机的硬件。

功能主义认为，心智属性是功能属性，心智状态是功能状态。例如，处于疼痛的心理状态就是处于可以透过输入与输出定义的功能状态，其中输入可以定义为身体组织损伤，输出可以定义为呻吟、尝试用手按压疼痛部位、相信自己正处于疼痛等。这些功能状态是可以多重实现的，如果一台电脑正好处于跟人类相同定义的“疼痛”功能状态，那么电脑也处于疼痛。

与心脑同一论不同的是，功能主义不将疼痛状态等同于实现疼痛的脑神经状态或电脑的电路状态。正如电脑的软件不同于硬件，而软件须透过硬件才能实现，功能主义主张心理属性是高层级的属性，与那些实现高层级属性的脑神经有别。

换言之，“心智”是一种可能庞大复杂又难解的“软件”，而大脑是执行“心智”的“硬件”。大脑有数亿个神经元，每个神经元处于激活或不激活的状态，正如电脑的硬盘上也有数亿个位元组，每个位元组处于1或0的状态。大脑如同电脑，也有负责工作记忆（缓存）的区域以及长期记忆（硬盘）的区域。

四

在当前人工智能的大潮流中，功能主义或许是最受欢迎的心智理论。如果我们能发现“心智”的软件，那么就能在电脑上实现人心。人工智能将可能有心，甚至是有意识，或许最终能将人心上传至电脑中。

不过，功能主义同样有很多困难，哲学家指出最大的困难是意识。

这里“意识”指一种第一人称的主观视角体验。为了帮助理解，美国哲学家内格尔提出如何设想作为一只蝙蝠是什么样的体验？蝙蝠没有视觉，但有强大的声呐能力，利用声波的反射在环境中移动与寻找猎物。在蝙蝠的第一人称视角中，四周的环境与猎物是以声呐建构出来的。我们很难想象作为蝙蝠的第一人称体验，蝙蝠也很难想象作为人的视觉经验：世界具有斑斓丰富的颜色、清晰的轮廓、刺眼的太阳、深邃的黑暗。这种主观视角经验就是意识，是我们清醒着与完全睡着之间的差异，是这世界呈现给我们的那个样子。

设想处于“看到红色”这个心理状态。可能同时有另一个人同样处于这个状态，有红色视觉经验的输入，也有相信自己看到红色、嘴上说是红色的等同样的输出，但是他的主观视角体验的却是绿色。我们无法判断他意识到的是不是红色，因为从他出生以来就称这个颜色为红色，他的行为举止跟我们看到红色的输入输出反应完全相同。

甚至可以设想可能他没有意识体验，但是外观上看起来跟我们完全一样，行为举止、言语表达完全正常。这些思想实验显示，功能主义者在概念上将心理状态当作由输入与输出定义的功能状态，但功能状态无法包含意识。

在科幻作家刘慈欣的小说《三体》第一部中，描述了一段三体外星古文明利用大量的士兵模仿图灵机的纸带（电脑的位元组），文官们负责记录结果（状态暂存器），共同执行一个事先写好的规则指令（软件）。小说中的文明试图利用这种方式实现计算机的运行（被称为人列计算机），并以此运算恒星三体运动的轨迹。如果功能主义是正确的，那么可以将心写成一组指令规则（软件），设想将士兵人数增加至数十亿或百亿，并且共同执行这个“心智”的软件。

尽管整个人列计算机的运算输出结果可能看起来有如人在说话与思考，而且当人列计算机进入“疼痛”这个状态时，也会输出“相信自己正在疼痛”“发出哀号的声音”与“想办法停止疼痛”的结果等。

问题是谁感受到疼痛了呢？是整个人列计算机的每个士兵都感到疼痛还是文官们感到疼痛？或是负责读写头的士兵们感到疼痛？看起来，功能主义无法解释人的意识问题。

另一个问题是，功能主义所描述的心只是语法机而不是语义机，但心智可以处理语义。设想一间屋子内有一个完全不懂中文的人、大量的笔记本，以及一本某中文母语者心智的指令规则书。屋子外的人可以将中文的问题通过字条穿过门缝递给屋内的人，屋内的人按照这本书的规则分析字条，在笔记本上执行图灵机运算后，输出中文回应发给屋外的人。看起来，屋内的人就是图灵机的读写头，书就是控制规则表。问题是屋内的人不懂中文，他只是按照书的规则操作他看不懂的中文。

所以在功能主义所描述的图景里，心智只是操作语法规则的机器。然而，人心是懂语言的意义的，人类利用语言的意义与指涉来指向外在的事物与辨明句子的真假。这种心智的特征被称为意向性。心智是可以关于或指向外在事物的，但物不能。

功能主义还有很多问题，例如琐碎性（几乎所有物理系统都可以被说成是计算）、图灵机的限制（心脑有某些能力但机器没有）、连续与离散问题（电脑是离散的，但心智未必是）、类比与数位问题（电脑是数位的，但心智未必是）、具身认知（指心智与认知活动由脑、身体与环境共同构成，但电脑只限于符号操作）等。

反还原物理主义似乎也不能解决心物因果问题。如果物理系统的因果是封闭的（指如果一个物理事件在时间点t有原因，那么这个物理事件在时间点t有一个充分的物理原因），且心物之间有随附关系（指当一个心智属性M，在某时间点t被某个实体x所实现，是因为x在时间点t也实现了物理属性P，以至于在任何时间拥有P都必然地同时拥有M），那么物理属性就已经充分的因果引起下一个时刻的心智与物理属性，没有给心智属性产生因果力的空间。

换句话说，心智属性不产生任何因果力，但这个结论违反本文一开始提到的常识的心物因果。逻辑上这将导致几种选择，一是承认心智属性等同物理属性，即心脑同一论，好处是能保留心物因果；二是承认心智属性没有因果力，称之为副现象论。副现象论主张物理属性可以因果引起心智属性，但心智属性没有因果力。如同在光照下身体的移动会因果引起影子的变化，尽管影子跟着身体移动，但影子对身体移动没有因果力。同样的道理，副现象论主张我们的脑神经会引起各种心理现象或意识，尽管我们感觉到心理现象或意识引起大脑活动或身体移动，但心理现象或意识所产生的因果力是一种幻觉，就像是投射在脑海中的影子。

以上简短介绍了当代心智与认知科学中形而上学的几个主流理论。但是这些科学中的哲学工作似乎也有问题或缺陷。

第一，哲学是一门内容极其庞大的学科，有数千年的研究历史。自科学在数百年前诞生后，在受到科学发展的影响，以及科研机构的不断细分与投入，哲学研究的分工日渐精细，不同流派之间的哲学方法论差异巨大。

一位从事心智哲学与认知科学哲学研究的教学科研人员，往往无法兼顾哲学其他领域如哲学史、伦理学、知识论、物理学哲学与数学哲学的研究，只能精耕细作认知科学中的特殊哲学问题，更何况这种研究需要预先掌握科学方面的知识。

高度分工使得科学哲学研究课题范围缩小化。不少科学家对哲学的“重大思想巨变”或“充满大格局的重大突破”已少有期待。

第二，哲学研究毕竟不是实验调研，哲学工作者多以人文社会科学研究背景为主，对经验科学前沿进展不熟悉，而当代科学快速进步，仅是掌握科学学科中一个细微研究方向就已经相当不容易。

因而，哲学家需要多了解科学知识，参加科学会议，了解科学实验，在科研细节上与科学家进行互动与学习，不仅在宏观层面进行科学与人文的精神交流，也在微观研究上提供更多有益的假说、批评、推演、论证，推进真正的学科融合发展。

第三，哲学分工精细化致使专门从事科学哲学研究的科研人员占极少数，加上不同哲学方法论流派莫衷一是，使得不同哲学研究人员对科学的哲学视角与主张都不相同，往往让人无所适从，间接致使绝大部分科学家对科学哲学的工作完全不了解、认识片面零碎或仅止于部分哲学或哲学史知识。

与此同时，科学哲学研究工作也具备许多优势并且解决了许多问题。

首先，哲学与科学的专业化分工保持一致。一门成熟的学科发展，随着投入的人力物力越多，研究的范围越广、程度越深，难度也越大。如同当代科学各学科、各课题组实验室的高效分工，随着科学知识的不断推进，科学研究只有逐渐在细微的经验问题上投入大量资源，才能在竞争激烈的国际环境中争取发表的空间。

同样，科学哲学逐级分解从事各科学学科的理论与形而上学问题，研究问题以严谨、缜密与精巧为主。这不是琐碎的科学哲学研究，而是由点到面、从小问题的研究开始知识的累积，逐渐形成条理清晰的新理论架构。

其次，科学哲学能为科学作出贡献与解决问题，包括厘清重要科学概念、发现与批判科学理论假设、提出可检验且有预测性的新理论与科技伦理反思等。

如美国哲学家杰里·福多在1960年提出的心智模块化理论，对认知科学与心理学中从行为主义到计算主义的演变影响巨大。又如美国哲学家丹尼尔·丹尼特在1983年为儿童虚假信念任务实验作出新的理论诠释，对认知科学作出了具有应用意义的卓越贡献。

在免疫学方面，哲学家对免疫的自我-非自我框架产生了重大影响。在生命科学中，哲学家在各种议题中发挥重要作用，包括进化利他主义、选择单位的辩论、“生命树”的建构、微生物在生物圈的优势、基因的定义、天赋概念的审视等。科学哲学当然也在物理学、演化博弈论、类脑智能与人工智能领域作出了卓越贡献。

本文从心身之间的因果关系研究切入，介绍了数种主流心智理论的要旨，并指出了这些理论所面临的问题，强调意识难题为何是相关科学研究可能难以跨越的鸿沟，最后分析了科学哲学研究如何助力科学解决目前的难题。

美中不足的是，笔者不熟悉科技伦理学，未能概括科技伦理为科学提供的道德与价值反思。正如科学家钱学森先生指出的，“没有科学的哲学是跛子，没有哲学的科学是瞎子”。期待未来哲学与科学能够取长补短，为全人类的幸福与进步作出贡献。

《三体》影片中的一个场景。图片来源： Artstation