科幻洞察｜如何用“時(shí)間的本質(zhì)”，丈量人腦、意識(shí)與人工智能？

時(shí)間究竟是什么？是宇宙中不可動(dòng)搖的維度，還是我們大腦創(chuàng)造出的主觀體驗(yàn)？

在物理學(xué)中，時(shí)間常被描述為一個(gè)靜態(tài)的維度，過去、現(xiàn)在和未來在“塊狀宇宙”中同時(shí)存在，時(shí)間的流逝不過是人類意識(shí)的幻覺。然而，在神經(jīng)科學(xué)的視角中，時(shí)間卻是動(dòng)態(tài)的、不可分割的，是塑造記憶、感知和行為的核心力量。

“物理學(xué)和神經(jīng)科學(xué)之間存在著一種持續(xù)的張力，喜歡相互攻訐。神經(jīng)科學(xué)家常會(huì)說，如果物理學(xué)告訴你時(shí)間并不流動(dòng)，那一定是物理學(xué)出了問題。”加州大學(xué)洛杉磯分校神經(jīng)科學(xué)家迪恩·布奧諾馬諾（Dean Buonomano）如此形象地描述了兩種時(shí)間觀之間的分歧。

然而，這種分歧有何而來？?jī)烧呤欠裾娴臒o法調(diào)和？一直以來，布奧諾馬諾通過與物理學(xué)家卡洛·羅韋利（Carlo Rovelli）合作，試圖在這兩種視角之間尋找共識(shí)。在最近的一場(chǎng)對(duì)談中，布奧諾馬諾與卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的保羅·米德布魯克斯（Paul Middlebrooks）深入探討了這些問題。

從神經(jīng)科學(xué)對(duì)時(shí)間的研究，到人工智能如何理解時(shí)間和因果，再到時(shí)間觀念對(duì)意識(shí)理論的影響，他們嘗試從不同的學(xué)科視角為這些復(fù)雜的問題提供答案。這場(chǎng)討論為我們重新思考時(shí)間的本質(zhì)，以及時(shí)間對(duì)于理解智能與宇宙萬物的啟發(fā)。

保羅·米德布魯克斯

Paul Middlebrooks

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)助理研究員，播客“Brain Inspired”主理人

他在匹茲堡大學(xué)馬克·索默實(shí)驗(yàn)室獲得認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)博士學(xué)位。隨后在范德堡大學(xué)Jeffrey Schall, Geoff Woodman, and Gordon Logan實(shí)驗(yàn)室從事博士后研究，研究運(yùn)動(dòng)皮層和基底神經(jīng)節(jié)神經(jīng)群活動(dòng)如何影響自由行為小鼠的自然行為。

迪恩·布奧諾馬諾

Dean Buonomano

神經(jīng)科學(xué)家、作者

加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）教授，研究領(lǐng)域?yàn)橛?jì)算神經(jīng)科學(xué)和大腦的時(shí)間意識(shí)。主要作品有《腦蟲：大腦的缺陷如何塑造我們的生活》、《你的大腦是時(shí)間機(jī)器》等。

目錄：

01 人工智能忽視了腦科學(xué)嗎？

02 物理學(xué)“時(shí)間” vs.神經(jīng)科學(xué)“時(shí)間”

03 為何說整合信息論“不科學(xué)”？

04 器官型切片與傳統(tǒng)腦切片有何不同？

05 大腦可以感知時(shí)間嗎？

06 人工智能需要感知時(shí)間嗎？

07 譯者后記

人工智能忽視了腦科學(xué)嗎？

保羅·米德布魯克斯：今天的第一個(gè)問題，讓我們從人工智能開始聊起。今年初，你發(fā)表過一篇推文《大腦并不是創(chuàng)造智能的唯一方式》（The brain holds no exclusive rights on how to create intelligence），這篇文章讀起來略顯悲觀。你提到，人工智能忽視了大腦的動(dòng)態(tài)特性以及腦科學(xué)進(jìn)展，且這種趨勢(shì)未來有增無減。這是否意味著人工智能的發(fā)展已經(jīng)偏離了神經(jīng)科學(xué)的軌道？

迪恩·布奧諾馬諾：是的，我想我可以做一些補(bǔ)充。

首先，人工智能和神經(jīng)科學(xué)自誕生之初起就一直是姊妹領(lǐng)域。我從未以任何方式暗示過人工智能忽視了神經(jīng)科學(xué)。事實(shí)上，人工智能的基礎(chǔ)正是神經(jīng)科學(xué)的一些基本原理。比如，神經(jīng)科學(xué)認(rèn)為，信息和記憶存儲(chǔ)依賴于突觸連接的強(qiáng)度及其維持，而學(xué)習(xí)依賴于突觸連接強(qiáng)度的變化。這一點(diǎn)也是所有基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人工智能的核心。

從卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)到正則化（體現(xiàn)了某種穩(wěn)態(tài)可塑性特征），再到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)失活（dropout，類似于突觸失效），以及卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基于V1架構(gòu)而設(shè)計(jì)等方面，這些顯然都受到了神經(jīng)科學(xué)的啟發(fā)，人工智能和神經(jīng)科學(xué)之間的關(guān)系非常密切。當(dāng)馮·諾依曼寫下我們現(xiàn)在稱之為“數(shù)字計(jì)算機(jī)”或“馮·諾依曼計(jì)算機(jī)”的第一批架構(gòu)的第一個(gè)代碼時(shí)，他也是受到了大腦的啟發(fā)。然而，計(jì)算機(jī)科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)的分化也非常迅速。

我認(rèn)為，現(xiàn)在我們正處于一個(gè)分水嶺——人工智能和神經(jīng)科學(xué)的聯(lián)系正在逐漸削弱。

在2010年左右，當(dāng)人工智能開始認(rèn)真處理語音識(shí)別、動(dòng)作識(shí)別以及與世界交互等問題時(shí)，循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）被認(rèn)為是未來的發(fā)展方向，它模仿了大腦感知時(shí)間的方式，并具有自己的內(nèi)部動(dòng)態(tài)。

然而，2017年Transformer架構(gòu)的出現(xiàn)改變了一切。那篇論文《注意力就是你所需要的一切》（Attention is All you Need）提出了一種全新的方法，使領(lǐng)域迅速從RNN方法轉(zhuǎn)向了Transformer。對(duì)我來說，Transformer最令人驚嘆的地方在于，它無需感知時(shí)間，卻仍能在許多任務(wù)上表現(xiàn)出色。

Transformer無關(guān)時(shí)間，但它能分辨順序和時(shí)序。比如，它可以區(qū)分“我是”和“我是嗎”之間的差別。它是如何做到的？答案是通過“位置編碼”。Transformer不是先處理“我”，然后再處理“是”，而是同時(shí)并行處理“我是”或“我是嗎”，，并通過位置編碼標(biāo)記詞元的位置。例如，“我”被標(biāo)記為第一個(gè)詞元，“是”被標(biāo)記為第二個(gè)詞元。這樣，雖然它不感知時(shí)間，但它仍然能理解順序。

例如，如果你在ChatGPT里輸入“等10秒鐘再告訴我法國(guó)的首都”。它不會(huì)忠實(shí)地執(zhí)行，而是立即回復(fù)“OK”，給出答案，沒有等待。當(dāng)然，如果你使用了合適的提示詞，它可能會(huì)調(diào)用Python編譯器，實(shí)現(xiàn)等待10秒鐘再回答。

保羅·米德布魯克斯：位置編碼本身并不利用時(shí)間，而是利用時(shí)序的位置。你對(duì)此的態(tài)度是悲觀還是樂觀，或者你只是指出這種情況可能會(huì)持續(xù)下去——你從中得出什么結(jié)論呢？

迪恩·布奧諾馬諾：我認(rèn)為，這是對(duì)“人工智能只有在神經(jīng)科學(xué)的指導(dǎo)下才會(huì)邁出下一步”這種觀點(diǎn)的回應(yīng)。我對(duì)此持中立態(tài)度，屬于不可知論。在某些方面，NeuroAI的觀點(diǎn)有一定道理：為了達(dá)到更高的智能水平，人工智能或許確實(shí)需要神經(jīng)科學(xué)的支撐。然而，正如剛才所說的，過去十年人工智能的進(jìn)步令人驚嘆，而它并沒有嚴(yán)格遵循神經(jīng)科學(xué)的基本原理，就如時(shí)間的連續(xù)性或大腦動(dòng)態(tài)處理時(shí)序等。

順便說一下，我可能不太喜歡用“sequence”這個(gè)詞，因?yàn)樗岛鴷r(shí)間。我更傾向于用“ordinality”這個(gè)詞，它只表示第一、第二和第三的順序……這里的術(shù)語非常模糊，確實(shí)會(huì)造成一些混淆。

?Joey Guidone

保羅·米德布魯克斯：你一直用“進(jìn)步”（progress）這個(gè)詞來形容人工智能領(lǐng)域的成就。我們?nèi)绾味x“進(jìn)步“？又是如何定義通用型人工智能”（AGI），AGI與奇點(diǎn)的區(qū)別是什么？

迪恩·布奧諾馬諾：有些人所謂的進(jìn)步，可能是其他人的倒退，這取決于你最終是追求通用人工智能（AGI）還是奇點(diǎn)。

諷刺的是，AGI指的就是通用型人工智能。別管它是什么了，直接定義為“智能”（intelligence）就好。事實(shí)上，智能的成因目前尚無定論。而不定義智能就談?wù)撍鋵?shí)并不明智，雖然很多領(lǐng)域都是如此——無論是意識(shí)領(lǐng)域還是自由意志領(lǐng)域，甚至是基因的含義，我們有時(shí)不得不處理一些定義不明確的抽象概念。AGI的定義不明確，但智能本身也同樣不明確。人類聰明嗎？這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是高還是低？人類智力的標(biāo)準(zhǔn)非常低。

物理學(xué)與神經(jīng)科學(xué)中的“時(shí)間”

保羅·米德布魯克斯：對(duì)此我們觀點(diǎn)一致，下面讓我們來聊聊物理學(xué)和神經(jīng)科學(xué)對(duì)時(shí)間的不同理解。也許我們可以從你和物理學(xué)家的合作這點(diǎn)開始。

迪恩·布奧諾馬諾：剛才我們討論了Transformers，這可能是一個(gè)很好的引子。在Transformers中，過去和現(xiàn)在同時(shí)存在，因?yàn)槟阃瑫r(shí)把整段內(nèi)容“并行地”輸入到Transformers中。這與我同身為物理學(xué)家的Carlo Rovelli討論時(shí)間本質(zhì)時(shí)的兩種觀點(diǎn)，略有相似之處。

在Carlo和我合作的這篇《連接神經(jīng)科學(xué)與物理學(xué)的時(shí)間》（Bridging the neuroscience and physics of time）的文章中，我們?cè)噲D彌合哲學(xué)、物理學(xué)和神經(jīng)科學(xué)中關(guān)于時(shí)間本質(zhì)的兩種觀點(diǎn)：

一種是“現(xiàn)在主義”，這是我們作為神經(jīng)科學(xué)家的直覺觀點(diǎn)：現(xiàn)在是真實(shí)的；過去曾經(jīng)是真實(shí)的，但它在此刻不再真實(shí)，我們對(duì)過去的記憶僅僅是大腦中殘存的印象；而未來尚未成為真實(shí)。

另一種是“永恒主義”，或塊狀宇宙（block universe）觀，甚至更極端的“靜態(tài)永恒主義”。這種觀點(diǎn)認(rèn)為宇宙是一個(gè)四維的塊狀宇宙，在某種意義上，時(shí)間已經(jīng)消逝（transpired）。所有時(shí)間，過去、現(xiàn)在和未來，都同樣真實(shí)。一種方便的比喻是，“現(xiàn)在”之于時(shí)間，就像“這里”之于空間；正如我們接受自己處于某個(gè)“這里”，但也承認(rèn)其他位置會(huì)變成“這里”。

在現(xiàn)在主義中，我們不接受其他的“現(xiàn)在”的可能性。而在永恒主義中，所有現(xiàn)在都同樣有效。

Transformers在很大程度上體現(xiàn)了“永恒主義”或“塊狀宇宙”的觀點(diǎn)——過去和現(xiàn)在同時(shí)存在。而RNN則不同，它更接近“現(xiàn)在主義”，是逐步處理信息的。

?塊狀宇宙。圖源：Scientific Diagram

保羅·米德布魯克斯：我總是把塊狀宇宙想象成一塊蠟，可以把它切成任意薄片，每一片都代表一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，然后可以訪問不同的切片。我很想聽聽你是如何與Carlo Rovelli合作的。我不知道你們之前是否認(rèn)識(shí)，你們的合作是怎么發(fā)生的？是哲學(xué)把你們聯(lián)系在一起的嗎？

迪恩·布奧諾馬諾：是的，絕對(duì)是。我和Carlo一起參加了幾次關(guān)于時(shí)間的會(huì)議，還有幾次關(guān)于時(shí)間的哲學(xué)研討會(huì)。物理學(xué)和神經(jīng)科學(xué)之間一直有著張力，我們喜歡互相攻訐。神經(jīng)科學(xué)家喜歡說：“聽著，我們生活在一個(gè)現(xiàn)在主義的宇宙中，時(shí)間在流動(dòng)，時(shí)間在變化，如果物理學(xué)告訴你不是這樣，那物理學(xué)一定是哪里出了錯(cuò)”。這里我稍微夸張了些。

而有些物理學(xué)家認(rèn)為，時(shí)間的流動(dòng)是一種思維的幻覺，他們會(huì)反駁：“聽著，你們神經(jīng)科學(xué)家，反而應(yīng)該弄清楚為什么我們會(huì)有這種時(shí)間流動(dòng)的幻覺，因?yàn)樗静淮嬖凇薄２糠治锢韺W(xué)家（不是全部），把永恒主義視為理所當(dāng)然的教義，因此很難想象時(shí)間如何流動(dòng)，為什么神經(jīng)科學(xué)家會(huì)有這種主觀的時(shí)間流動(dòng)感。

這里我一分為二地看待這個(gè)問題。“時(shí)間是靜態(tài)的”，這對(duì)大多數(shù)神經(jīng)科學(xué)家來說非常違反直覺。那為什么物理學(xué)家會(huì)持有這種觀點(diǎn)？有幾個(gè)原因。一是物理學(xué)中的許多方程都是時(shí)間可逆的，你既可以用它正向預(yù)測(cè)未來，也可以拿它們來反向追溯過去。這種時(shí)間對(duì)稱性與相對(duì)論無關(guān)，盡管相對(duì)論方程當(dāng)然是時(shí)間可逆的。

在相對(duì)論中，時(shí)間和空間是一種權(quán)衡，而存在一個(gè)叫做“閔可夫斯基空間”的概念，它表明時(shí)間和空間可以統(tǒng)一為一個(gè)四維的整體。這個(gè)空間最好的可視化方法是：如果沒有絕對(duì)的“現(xiàn)在”，那么你以一個(gè)速度運(yùn)動(dòng)，我以另一個(gè)速度運(yùn)動(dòng)，我們的時(shí)鐘就會(huì)以不同的速度運(yùn)行。回到“蠟塊”的比喻，想象我們所有人都在一個(gè)蠟塊里，如果我們以不同的角度（正交或?qū)牵┣懈钏蜁?huì)發(fā)現(xiàn)我們可能分別處于不同的“同時(shí)性平面”上——這表明了時(shí)間的空間化。

保羅·米德布魯克斯：所以在這個(gè)問題上，無論是神經(jīng)科學(xué)還是物理學(xué)，哪方都沒有強(qiáng)有力的證據(jù)支持。這些都是基礎(chǔ)的開放問題。這個(gè)問題的關(guān)鍵在于，我們對(duì)時(shí)間流逝的主觀體驗(yàn)。

?西班牙超現(xiàn)實(shí)主義畫家薩爾瓦多·達(dá)利對(duì)時(shí)間的詮釋。圖源：imuseum

在我們人類所處的中觀時(shí)間尺度上，神經(jīng)科學(xué)家持有現(xiàn)在主義的觀點(diǎn)是可以接受的，因?yàn)檫@是我們所能研究的全部范圍，我們的時(shí)間感是基于中觀世界的有限經(jīng)驗(yàn)。而物理學(xué)家對(duì)于時(shí)間的哲學(xué)理解，則超出了我們的認(rèn)識(shí)論范疇，因?yàn)?strong>我們無法直接測(cè)量或觀察到那個(gè)尺度上的現(xiàn)象。

迪恩·布奧諾馬諾：當(dāng)然，我們生活在中觀尺度上，相對(duì)論速度或量子現(xiàn)象并不存在于我們的日常生活中。這解釋了為什么我們的直覺在理解這些現(xiàn)象時(shí)會(huì)出錯(cuò)。我們對(duì)“現(xiàn)在主義”的理解是中觀世界的產(chǎn)物，我不認(rèn)為這是一種錯(cuò)覺，因?yàn)閴K狀宇宙正是在那個(gè)時(shí)間尺度上運(yùn)行的。塊狀宇宙與時(shí)間尺度無關(guān)。

我不想從中發(fā)散出太多結(jié)論，我認(rèn)為這正是問題的一部分。與黑洞附近的引力或相對(duì)論速度下的時(shí)間不同，時(shí)間的流動(dòng)應(yīng)該在所有尺度上發(fā)生。我的觀點(diǎn)是，由于大腦進(jìn)化是為了理解我們所生活的宇宙、我們的中觀宇宙與世界，而它們都受物理定律的支配，因此我們看到時(shí)間流動(dòng)也是現(xiàn)實(shí)的一部分。

保羅·米德布魯克斯：它受近似牛頓物理學(xué)的支配，這就是我們生活的世界。那么我們的時(shí)間感也是如此，對(duì)嗎？

迪恩·布奧諾馬諾：是的，這就是我們的物理感，也是我們的時(shí)間感。但即使在塊狀宇宙觀中，時(shí)間感也適用于中觀尺度。我想說，我們對(duì)時(shí)間的感知，并非僅限于我們生活的這個(gè)以中觀尺度運(yùn)作的世界。

我們提出，我們感知到了時(shí)間，但在這一點(diǎn)上我和Carlo存在分歧。我認(rèn)為，我們感知到時(shí)間是因?yàn)樗_實(shí)在流動(dòng)。需要明確的是，這與物理定律絕對(duì)不矛盾。物理定律允許現(xiàn)在主義，也允許永恒主義，前提是局部現(xiàn)在主義，而不是牛頓式的絕對(duì)時(shí)間。

我們這些異常聰明的猿類，確實(shí)沒有能力真正弄清楚這些定律，無論是在量子尺度還是宇宙尺度上。假設(shè)我們不是生活在黑洞或?qū)ψ矙C(jī)旁邊，這些定律的表現(xiàn)穩(wěn)定。我不知道你們?yōu)槭裁床幌嘈哦伞?/p>

保羅·米德布魯克斯：對(duì)。我認(rèn)為我現(xiàn)在對(duì)定律的理解已經(jīng)和以前不一樣了。也許這樣說才對(duì)。我記得Yael Niv（雅爾·尼夫）說過，數(shù)學(xué)的美妙之處在于，“你可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證它，你可以做數(shù)學(xué)運(yùn)算，進(jìn)行各種數(shù)學(xué)運(yùn)算，可以把這些數(shù)學(xué)運(yùn)算用到不同的東西上，它都能有效。這就是數(shù)學(xué)的美妙之處”。我喜歡這個(gè)說法，我想這正體現(xiàn)了“規(guī)律”之所在。

迪恩·布奧諾馬諾：大腦充滿了認(rèn)知偏見，我們會(huì)做出錯(cuò)誤的決定。

大腦進(jìn)化，并非為了滿足我們的智力意愿，其目的顯然不是為了理解物理定律或意識(shí)的本質(zhì)，更不是為了理解心智。

對(duì)我來說，數(shù)學(xué)是迄今為止發(fā)明的最好的智力工具。或許有一天，會(huì)有人提出一組描述抽象事物的方程式，無論是一般運(yùn)動(dòng)還是量子物理中的薛定諤方程，這些方程式盡管復(fù)雜，但如果運(yùn)用得當(dāng)，我們就能預(yù)測(cè)周圍的世界。是的，我認(rèn)為這些方程式是我們理解這些定律的工具。

需要說明，我根本不是柏拉圖主義者。我不認(rèn)為它們反映了宇宙中存在的實(shí)體。

數(shù)學(xué)并不完美。數(shù)學(xué)在某些配置下可以是完美的。數(shù)學(xué)可以捕捉真理，但也存在很多糟糕的數(shù)學(xué)。有些東西你可以用數(shù)學(xué)來記錄。那只是應(yīng)用數(shù)學(xué)。同樣，數(shù)學(xué)在反映現(xiàn)實(shí)方面可能并不特別準(zhǔn)確。數(shù)學(xué)有時(shí)能捕捉到宇宙運(yùn)作的方程，有時(shí)則不能。

為何說整合信息論“不科學(xué)”？

保羅·米德布魯克斯：現(xiàn)在可以談?wù)務(wù)闲畔⒄摚↖ntegrated Information Theory，IIT）嗎？一大群學(xué)者認(rèn)為IIT是偽科學(xué)。您最近寫了一篇文章，詳細(xì)闡述了為什么您認(rèn)為它是不科學(xué)。能否請(qǐng)你解釋一下，IIT是什么，以及它為什么不科學(xué)，卻能做出預(yù)測(cè)。

迪恩·布奧諾馬諾：我認(rèn)為，理解為什么一百人簽署了一封擔(dān)憂IIT不科學(xué)的公開信，比討論“是否是偽科學(xué)”的措辭更有意義。首先，我先聲明幾點(diǎn)。與其說形成了一個(gè)IIT關(guān)注聯(lián)盟，這或許更應(yīng)該被看作是一群人聚集起來而已。而他們竟然聚集了一百個(gè)人來簽署某個(gè)文件，我認(rèn)為這才是人們應(yīng)該反思的事情，而不是去思考它為什么會(huì)出現(xiàn)。另外，我不能代表這個(gè)群體發(fā)言，我只能分享我的觀點(diǎn)，僅此而已——我絕不以任何方式、立場(chǎng)或形式代表任何群體。

回過頭來聊聊你問的問題。COGITATE項(xiàng)目正在收集數(shù)據(jù)，未來會(huì)將高質(zhì)量的數(shù)據(jù)開源，這總歸都是好事，我想這一點(diǎn)大家都會(huì)認(rèn)同。而我對(duì)IIT的所有擔(dān)憂都與COGITATE項(xiàng)目無關(guān)，只與IIT和物理定律有關(guān)。

我認(rèn)為人們需要理解這一點(diǎn)（很多人對(duì)此存在誤解）：IIT并非神經(jīng)科學(xué)理論，而是一種基礎(chǔ)物理理論。它就宇宙的結(jié)構(gòu)和屬性提出了一種新的本體論，認(rèn)為某些物質(zhì)結(jié)構(gòu)具有意識(shí)。這就是為什么有些人認(rèn)為它是一種泛靈論。在IIT理論下，許多形式的物質(zhì)，無論是否屬于神經(jīng)類型，都可以具有意識(shí)。這就是我在這里要關(guān)注物理定律的第一原因。

我之所以認(rèn)為IIT不科學(xué)，最簡(jiǎn)潔的解釋是：新的物理定律必須整合到現(xiàn)有定律中，否則，你將得到的就是一個(gè)自由浮動(dòng)、脫節(jié)、未整合的規(guī)則或定律，既無法對(duì)其進(jìn)行可靠性檢驗(yàn)，也不知道它是否與現(xiàn)有定律相符。物理學(xué)就像一個(gè)未完成的美麗拼圖，包含了許多碎片。你不能隨意地拼湊新的碎片，而不與現(xiàn)有的碎片整合，因?yàn)槟菢幽憔筒恢雷约菏欠襁`反了已有其它碎片的規(guī)律。

因此，我認(rèn)為在不整合現(xiàn)有定律的情況下就制定全新的定律，不符合正常的科學(xué)方法。需要結(jié)合舊定律才能知道是否存在違規(guī)行為。在我看來（只是我個(gè)人的看法），“是的，我確實(shí)認(rèn)為IIT可能違反了某些物理定律。”

真正的關(guān)鍵在于，它就像一個(gè)孤島——IIT雖有“整合信息”之義，但諷刺的是它與其他科學(xué)領(lǐng)域卻沒有整合。IIT通常被描述為具有內(nèi)在因果性的系統(tǒng)，而“內(nèi)在因果性”這三個(gè)詞在直觀上的含義上并不一定能讓人一眼就看出。

我盡力用一個(gè)真實(shí)的例子來解釋。由于IIT并非神經(jīng)科學(xué)理論，它不需要神經(jīng)元，我們可以用邏輯門系統(tǒng)來解釋。

假設(shè)有兩個(gè)邏輯門A和B，它們是簡(jiǎn)單的復(fù)制門或閾值門，狀態(tài)要么開（1）要么關(guān)（0），接收0就輸出0，接收1就輸出1，僅此而已。

IIT要求，系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)需包含關(guān)于過去和未來狀態(tài)的信息。現(xiàn)實(shí)中，這涉及許多復(fù)雜概念，如分區(qū)、子網(wǎng)絡(luò)、通道、機(jī)制等等，但在這個(gè)由A和B組成的簡(jiǎn)單系統(tǒng)中，只需思考一個(gè)問題：如果B當(dāng)前是1，這是否限制了系統(tǒng)的過去？答案是肯定的，因?yàn)槿绻鸅現(xiàn)在是1，那么A在上一個(gè)時(shí)程就必須是1，這是B變?yōu)?的唯一原因。

這就意味著，這個(gè)系統(tǒng)有可能具有意識(shí)，它可能擁有一個(gè)正的φ值（IIT用來衡量意識(shí)的指標(biāo)）。但我們還必須考慮未來：B是否對(duì)未來有任何限制嗎？答案是否定的，因?yàn)锽的狀態(tài)不會(huì)回饋到自身或A。

換句話說，這個(gè)系統(tǒng)對(duì)未來沒有任何約束力。它的行為與隨機(jī)狀態(tài)相比并沒有額外的信息，也無法預(yù)測(cè)未來，就像你剛才提到的那樣。

這里，神經(jīng)科學(xué)家可能會(huì)問：“你所說的過去和未來具體指什么？是過去和未來的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)？”這是IIT的難題，因?yàn)樗袝r(shí)要求我們查看某個(gè)范圍內(nèi)過去和未來的所有的時(shí)間點(diǎn)。它是離散的。對(duì)于計(jì)算機(jī)來說，這種離散的時(shí)間步長(zhǎng)是清晰的，因?yàn)橛?jì)算機(jī)的時(shí)間是明確劃分的。但對(duì)于大腦來說，情況并非如此，這可能會(huì)引發(fā)一些問題。

現(xiàn)在，如果我們將B重新連接到A，就形成了一個(gè)循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。如此連接確實(shí)會(huì)讓B的狀態(tài)開始影響未來，并限制未來可能發(fā)生的事情。這樣一來，系統(tǒng)就表現(xiàn)出了一定的意識(shí)。通過增加這個(gè)連接，系統(tǒng)的意識(shí)phi值變成了1。

接下來，我們可以嘗試做一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)來進(jìn)一步理解這一點(diǎn)。IIT的一個(gè)特點(diǎn)是，它與空間和時(shí)間無關(guān)。如果我們將系統(tǒng)中的兩個(gè)單元分開，并拉大其間的距離，這種分離實(shí)際上并不會(huì)改變系統(tǒng)的意識(shí)狀態(tài)。只要連接保持良好，系統(tǒng)就一直是有意識(shí)的。甚至，即使兩個(gè)單元都處于關(guān)閉狀態(tài)（值均為0），系統(tǒng)仍然是有意識(shí)的。

假設(shè)我們進(jìn)一步改變系統(tǒng)的狀態(tài)，把兩個(gè)單元取出，剪斷它們之間的電線，用光束連接起來，再把它們放到太陽系的兩端的隨便什么地方，比如一個(gè)在地球上，另一個(gè)在海王星上。根據(jù)IIT理論，只要連接良好，它的phi值始終為1。這真的很重要，因?yàn)樗l(fā)了一個(gè)問題：意識(shí)究竟在哪里，是在地球上，在海王星上，還是在兩者之間？

我們可以再做一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)——現(xiàn)在我們要阻斷光路。記住，光路沒有傳輸任何東西，因?yàn)樗鼈兲幱?狀態(tài)，就是在它沒有激活的情況下阻斷它。按照我們物理學(xué)家的傳統(tǒng)思維方式，什么都不應(yīng)該發(fā)生，這在物理學(xué)中沒有先例。此時(shí)，唯一會(huì)發(fā)生的事情就是phi值趨于零。

那，歸零需要多長(zhǎng)時(shí)間？大多數(shù)人認(rèn)為它會(huì)瞬間歸零——即使這兩個(gè)門相距很遠(yuǎn)，它也會(huì)瞬間歸零。然而，你應(yīng)該對(duì)物理學(xué)中出現(xiàn)的瞬時(shí)變化提高警惕，因?yàn)椤俺馑賯鬏敗笔俏锢韺W(xué)中的大忌。因此，Phi值會(huì)瞬間下降，但實(shí)際上并沒有任何信息被傳輸。

現(xiàn)在，讓我進(jìn)一步擴(kuò)展這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，我們可以你的名字來命名這個(gè)實(shí)驗(yàn)——“米德布魯克斯裂腦實(shí)驗(yàn)”。在你允許的情況下，我們將取出你的大腦，一半留在地球上，另一半放到海王星，其間用光束連接。根據(jù)大多數(shù)人的說法，你仍然會(huì)有意識(shí)。而有意識(shí)的實(shí)體的一個(gè)特點(diǎn)是，可以交流意識(shí)的變化。現(xiàn)在，如果我們干擾其中一些連接，并且我們清楚我們?cè)谧鍪裁矗@會(huì)發(fā)生什么？

我實(shí)際上是在問一個(gè)問題：如果阻斷大腦半球的這些連接，現(xiàn)在你可以通過phi值（你的意識(shí)層面）傳達(dá)這些變化。你的意識(shí)狀態(tài)如何改變，是否還可以交流？我們現(xiàn)在是否有辦法即時(shí)傳遞信息？

這里，我認(rèn)為IIT的支持者會(huì)提出幾點(diǎn)：

• 延遲的影響：增加延遲會(huì)改變信號(hào)分發(fā)，你的意識(shí)就在海王星或地球上，但可能無法通訊了。我認(rèn)為這是可以解決的，因?yàn)檫@是一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，我們可以根據(jù)大氣層間連接的延遲和大氣層內(nèi)連接的延遲進(jìn)行調(diào)整。

• 干擾的結(jié)果：IIT的支持者會(huì)說：“嗯，因?yàn)槲腋蓴_了地球上的線路，所以造成了這個(gè)結(jié)果”。現(xiàn)在情況有點(diǎn)復(fù)雜，可能會(huì)有論點(diǎn)認(rèn)為phi值趨于零，或者系統(tǒng)因?yàn)椤爸馈蔽磥砟硞€(gè)時(shí)刻我會(huì)干擾這些連接而提前改變，有點(diǎn)像千里眼。

總之，事情變得有些復(fù)雜了。對(duì)此我感到抱歉，但這正是IIT及其相關(guān)思想實(shí)驗(yàn)的挑戰(zhàn)所在：很難明確指出它是否違反物理定律。我的觀點(diǎn)很簡(jiǎn)單：由于IIT是“自由浮動(dòng)”的，與其他物理學(xué)分支脫節(jié)，所以無法回答我提出的這些問題。我不知道它是否違反了物理定律，因?yàn)樗亩x不夠明確，與其他物理學(xué)分支的整合也不夠緊密，以至于無法知道這些定律是否被違反。

我認(rèn)為問題不在于我們是否同意新的本體論，而在于如果新的本體論得到支持，我們就會(huì)同意。在我們同意新的本體論之前，我想先搞清楚它是否違反了現(xiàn)有的本體論。對(duì)我來說，這是科學(xué)過程的第一步。正如我之前所說，物理定律并非一成不變，它們有改變的空間。但我需要知道，在沒有任何經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下，提出的新本體論是否與現(xiàn)有的本體論一致。

保羅·米德布魯克斯：值得一提的是，從卡爾·波普爾（Karl Popper）的視角來看，科學(xué)的本質(zhì)在于它實(shí)際上是可以不斷被證偽，這取決于我們現(xiàn)有的整個(gè)科學(xué)知識(shí)庫。

卡爾·波普爾（Karl Popper）是20世紀(jì)杰出的哲學(xué)家（1902~1994）。他提出了“可證偽性”原則，強(qiáng)調(diào)科學(xué)理論必須能夠被經(jīng)驗(yàn)事實(shí)證偽，即理論需要有被證明錯(cuò)誤的可能性。波普爾反對(duì)歸納法，主張科學(xué)知識(shí)的發(fā)展依賴于假設(shè)的提出和批判性檢驗(yàn)。波普爾還探討了開放社會(huì)的概念，在《開放社會(huì)及其敵人》一書中批判了歷史決定論和烏托邦式社會(huì)主義，強(qiáng)調(diào)民主和個(gè)人自由的重要性。他的哲學(xué)思想對(duì)科學(xué)哲學(xué)、社會(huì)科學(xué)以及教育學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，促進(jìn)了科學(xué)方法論的發(fā)展和對(duì)知識(shí)增長(zhǎng)機(jī)制的理解。

有趣的是，聽了你的“長(zhǎng)篇大論”，我發(fā)現(xiàn)，我們討論的不是COGITATE項(xiàng)目，而是海王星和冥王星、視覺通路，以及瞬時(shí)性。歸根結(jié)底，預(yù)測(cè)結(jié)果是IIT位于后頂葉皮層。

迪恩·布奧諾馬諾：我再次強(qiáng)調(diào)，我說過COGITATE項(xiàng)目很棒。我認(rèn)為數(shù)據(jù)收集很好，但我并沒有說它的解讀或使用方式是理想的。我認(rèn)為他的問題在于，它是對(duì)兩種理論的檢驗(yàn)，而這兩種理論都缺乏約束。如果你讀過Stan Dehaene（斯坦尼斯拉斯·迪昂）的結(jié)論，他明確地指出，IIT實(shí)際上并沒有被檢驗(yàn)；被檢驗(yàn)的是IIT的一種松散的解釋，它預(yù)測(cè)了IIT位于后頂葉皮層的原因。

說實(shí)話，我并不完全理解。IIT是以數(shù)學(xué)為核心（這一點(diǎn)尚未經(jīng)過測(cè)試），IIT建立在數(shù)學(xué)支柱之上，它過于復(fù)雜而無法計(jì)算。一個(gè)擁有321個(gè)神經(jīng)元的秀麗線蟲的φ值，如果你從今天開始計(jì)算，等你完成的時(shí)候，太陽就已經(jīng)完全消失了。這種數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)用處有限。

我想澄清的是另一點(diǎn)。如果IIT的支持者認(rèn)為φ值與意識(shí)相關(guān)，或者說是意識(shí)的衡量標(biāo)準(zhǔn)，我認(rèn)為IIT的關(guān)注度就不會(huì)這么高。IIT值得稱贊的是其數(shù)學(xué)框架，但實(shí)際上他們并沒有考察其數(shù)學(xué)框架。因?yàn)楦鶕?jù)定義，φ值無法計(jì)算，充其量只得到了估算值。

保羅·米德布魯克斯：在COGITATE項(xiàng)目的案例中，他們最終進(jìn)行了IIT與全局神經(jīng)工作空間（Global Neuronal Workspace Theory，GNWT）理論的比較測(cè)試。科學(xué)界為什么可以接受GNWT理論，而IIT卻不行？

從你所說的認(rèn)識(shí)論角度來看，GNWT理論似乎很難定義。Bernard Baars（伯納德·巴爾斯）的哲學(xué)定義更抽象，其后的Stanislas Dehaene（斯坦尼斯拉斯·迪昂）使其更加神經(jīng)科學(xué)。

全局神經(jīng)元工作區(qū)理論（Global Neuronal Workspace Theory，簡(jiǎn)稱GNWT），GNWT試圖解釋意識(shí)如何從大腦活動(dòng)中涌現(xiàn)，以及意識(shí)內(nèi)容如何在大腦中被表征和處理。GNWT認(rèn)為，意識(shí)是大腦中信息在廣泛區(qū)域之間傳播的結(jié)果，特別是通過前額葉皮層的“全局信息廣播”機(jī)制。GNWT強(qiáng)調(diào)意識(shí)內(nèi)容的全局可訪問性，即一旦信息進(jìn)入意識(shí)，它就可以被大腦中的所有信息處理系統(tǒng)所獲取。這一理論在認(rèn)知科學(xué)和意識(shí)研究領(lǐng)域具有重要影響，并且已經(jīng)通過多種神經(jīng)成像技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

伯納德·巴爾斯（Bernard Baars）是GNWT的創(chuàng)始人之一，他在1988年提出了這一理論的早期版本，強(qiáng)調(diào)意識(shí)是一種動(dòng)態(tài)的、整合的過程，其中信息在大腦的多個(gè)區(qū)域之間傳播和共享。巴爾斯認(rèn)為意識(shí)的產(chǎn)生需要一個(gè)全局工作區(qū)，這個(gè)工作區(qū)能夠整合來自不同感官和認(rèn)知過程的信息，并將這些信息轉(zhuǎn)化為我們可以意識(shí)到的內(nèi)容。

斯坦尼斯拉斯·迪昂（Stanislas Dehaene）是GNWT的另一位重要貢獻(xiàn)者，他在巴爾斯的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展了這一理論。迪昂的研究主要集中在意識(shí)的神經(jīng)機(jī)制上，他使用多種神經(jīng)成像技術(shù)（如fMRI、MEG和iEEG）來研究意識(shí)的神經(jīng)基礎(chǔ)。迪昂提出了“全局神經(jīng)元工作區(qū)”的概念，認(rèn)為意識(shí)的產(chǎn)生需要大腦中的特定區(qū)域（如前額葉皮層）將信息廣播到其他區(qū)域，從而使信息具有全局可訪問性。

迪恩·布奧諾馬諾：我認(rèn)為你想表達(dá)的是，GNWT理論非常模糊、不定型，而且嚴(yán)重缺乏約束。這正是造成困惑的原因，我很高興你提起這件事。

事實(shí)上，很多事情都是如此，造成了人們的困惑。我找不到更簡(jiǎn)單的答案或更簡(jiǎn)單的二分法。所謂“理論”，我們其實(shí)應(yīng)該用引號(hào)，或者我們可以稱之為“前理論”或“猜想”，因?yàn)樗鼈儾⒎钦嬲墒斓睦碚摗?/p>

我認(rèn)為困擾我們很多人的正是你所指的，當(dāng)你試圖比較兩套理論，一套理論雖然不完美，但不需要改變?nèi)祟惪茖W(xué)史上最成功的本體論——物理定律，而另一套理論則需要改變；且如果GNWT和IIT的支持幾乎各占一半。那這兩個(gè)理論是否處于同一水平？當(dāng)然不。

我是指，兩者勢(shì)均力敵，但其中一套理論需要改變物理定律，那么誰會(huì)占優(yōu)？肯定是不需要改變物理定律的那套理論。實(shí)際上，在我和他們交流的時(shí)候，討論了一個(gè)問題：考慮到結(jié)果，你如何衡量哪一個(gè)更可信？

我覺得Karl Friston（卡爾·弗里斯頓）可能建議用貝葉斯方法來解決這個(gè)問題。這很有意思，如果你有很多需要分級(jí)的考慮因素和衡量標(biāo)準(zhǔn)，你可以采用貝葉斯方法。而正如我們所知，在貝葉斯方法中，物理定律是一個(gè)重要的先驗(yàn)假設(shè)。

保羅·米德布魯克斯：這是一個(gè)強(qiáng)有力的先驗(yàn)假設(shè)，甚至是最強(qiáng)有力的先驗(yàn)假設(shè)。人們常說，正是它讓我們（人類）登上了月球，但我們都知道我們（倆）還沒去過月球，對(duì)吧？

器官型切片與傳統(tǒng)腦切片有何不同？

保羅·米德布魯克斯：我不知道這是否適合評(píng)論你最近的器官研究——它不是類器官，而是器官型。類器官和器官型之間有什么區(qū)別？器官型切片只是一塊腦切片嗎？

迪恩·布奧諾馬諾：自80年代以來，器官型切片已經(jīng)存在很多年了。如果你知道大腦切片的電生理實(shí)驗(yàn)，就應(yīng)該熟悉那種“現(xiàn)切”的腦切片實(shí)驗(yàn)。也就是從嚙齒動(dòng)物身上取到的腦組織，然后將其切片放在ACSF（人工腦脊髓液）中保持活性，這就是腦組織切片，你也可以對(duì)其進(jìn)行培養(yǎng)，它可以存活數(shù)周甚至數(shù)月。

艾倫研究所（Allen Institute）最近發(fā)表了一些關(guān)于人類器官型切片的論文。他們所用的腦組織保留了很多結(jié)構(gòu)連接以及細(xì)胞類型，我們將其看作是大腦的一個(gè)小型VLSI（超大規(guī)模集成電路）芯片，并且可以“訓(xùn)練”它。

類器官作為一個(gè)近期發(fā)展起來的技術(shù)，它從具有多能性的干細(xì)胞或細(xì)胞培養(yǎng)物開始，誘導(dǎo)它們進(jìn)入神經(jīng)發(fā)育的早期階段。這項(xiàng)技術(shù)仍在發(fā)展中，還無法用來研究學(xué)習(xí)過程或人大腦皮層的功能。目前培育的腦類器官只是在大腦非常早期的發(fā)育階段，突觸還沒有完全發(fā)育成熟，還不具備完整功能。我認(rèn)為最終會(huì)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，但現(xiàn)在還為時(shí)過早。

保羅·米德布魯克斯：讓我回憶一下，從小鼠身上取腦切片，這是神經(jīng)科學(xué)世界的入門課——處死小鼠，剝離出大腦，截取部分腦組織，然后放在一個(gè)精巧的切片機(jī)中，由此得到非常薄的腦組織切片，再把切片放入一種能維持細(xì)胞活力的溶液中。然后，由于過程中切斷了許多神經(jīng)連接，也就是神經(jīng)元之間的長(zhǎng)距離連接，需要等待一會(huì)兒使這些腦組織切片“恢復(fù)”。這之后，就可以使用膜片鉗之類的技術(shù)，用電極記錄單個(gè)神經(jīng)元的信號(hào)，例如記錄局部場(chǎng)電位或者導(dǎo)入電流等。那么，類器官與器官型組織的區(qū)別，就在于實(shí)驗(yàn)之后會(huì)繼續(xù)培養(yǎng)細(xì)胞，是嗎？

迪恩·布奧諾馬諾：正如你剛才所說，過程中切斷了許多長(zhǎng)距離的神經(jīng)連接。這種組織里每個(gè)神經(jīng)元都失去了大量的輸入，所以它處于異常動(dòng)態(tài)中。接下來，穩(wěn)態(tài)可塑性開始發(fā)揮作用，它會(huì)調(diào)整閾值、突觸強(qiáng)度，使其恢復(fù)到某種個(gè)體發(fā)育狀態(tài)或動(dòng)態(tài)。這可以觀察到神經(jīng)元開始有電生理活動(dòng)，像網(wǎng)絡(luò)一樣傳遞電生理活動(dòng)，甚至?xí)憩F(xiàn)出“上行狀態(tài)”（up states），呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化的特性。

保羅·米德布魯克斯：那么，腦切片和器官切片有什么區(qū)別呢？

迪恩·布奧諾馬諾：傳統(tǒng)的腦切片，不再處于可以傳遞電生理活動(dòng)的動(dòng)態(tài)狀態(tài)，已經(jīng)失去了大部分活性……另外，有的實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行幾天時(shí)間，傳統(tǒng)腦切片其實(shí)活性難以維持那么久。

這是一堂關(guān)于腦切片、類器官和器官型切片的速成課。為什么要使用器官型切片？讓我們先來談?wù)勔粋€(gè)科學(xué)問題——如果神經(jīng)元是計(jì)算設(shè)備，神經(jīng)回路是執(zhí)行計(jì)算的系統(tǒng)，為什么我們必須在完整的大腦中研究這些計(jì)算？神經(jīng)科學(xué)受益于還原論方法，比如可以從海兔、斑馬魚還是秀麗線蟲中獲得啟發(fā)。但是，還原哺乳動(dòng)物大腦皮層的最佳模型還得是哺乳動(dòng)物的大腦皮層。

所有皮層都只是接收動(dòng)作電位的場(chǎng)所，聽覺皮層聽不見，視覺皮層看不見。那么，是什么讓聽覺皮層更擅長(zhǎng)處理聽覺信息？Mriganka Sur的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)驚人的現(xiàn)象，視覺刺激被重新定向到聽覺皮層，這些聽覺皮層的細(xì)胞竟然表現(xiàn)出了選擇性。他們的觀點(diǎn)核心在于，皮層是一個(gè)通用的計(jì)算設(shè)備，可以響應(yīng)動(dòng)作電位的時(shí)空模式。

借用這個(gè)原理，我們正在測(cè)試，如果感覺皮層、運(yùn)動(dòng)皮層、聽覺皮層或視覺皮層，從根本上講都在處理動(dòng)作電位的時(shí)空模式，那么在這些獨(dú)立的神經(jīng)回路中，是否能捕捉到某種計(jì)算，或者某種依賴于經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)。

我們把器官型切片看作一個(gè)簡(jiǎn)化的系統(tǒng)，可以使得研究更可控。我們知道它的輸入、輸出，以及組織的處理過程。如果我們能找到方法賦予它穩(wěn)定且可重復(fù)的生理活動(dòng)模式，那么我們就能控制它。

例如借助光遺傳學(xué)手段，我們能夠用不同的光學(xué)模式刺激細(xì)胞或細(xì)胞亞群，從而關(guān)注它們是否能夠?qū)W習(xí)和預(yù)測(cè)。在我們的實(shí)驗(yàn)中，先會(huì)給一個(gè)“紅光”刺激，這串刺激持續(xù)了大概400毫秒；然后再給一個(gè)“藍(lán)光”刺激，藍(lán)光要么在紅光開始時(shí)亮起，要么在紅光結(jié)束時(shí)亮起。實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)不同的組，早期組和晚期組，兩組實(shí)驗(yàn)的唯一區(qū)別是刺激的時(shí)間先后順序。我們每20秒或30秒就重復(fù)一次，持續(xù)訓(xùn)練24小時(shí)。后續(xù)實(shí)驗(yàn)還試著只給一串紅光刺激，觀察不同類型的細(xì)胞行為是否不同，或者系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)是否發(fā)生改變？如果觀察到了模式變化，就意味著它根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了調(diào)整。

我們希望回答的問題是，腦組織會(huì)學(xué)習(xí)嗎，會(huì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)改變其結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)嗎？我們很高興地觀察到，早期組中藍(lán)光和紅光會(huì)更早地引發(fā)活動(dòng)，而在晚期組中則更晚。一種解釋是，它預(yù)測(cè)了某事會(huì)發(fā)生，或者說，它預(yù)測(cè)藍(lán)光會(huì)出現(xiàn)，但藍(lán)光并沒有出現(xiàn)，這是一個(gè)預(yù)測(cè)錯(cuò)誤。我認(rèn)為這對(duì)應(yīng)了Karl Friston的觀點(diǎn)。不過，我們的關(guān)注重點(diǎn)是，神經(jīng)回路能夠以經(jīng)驗(yàn)依賴的方式學(xué)習(xí)，并捕捉時(shí)間結(jié)構(gòu)——腦組織確實(shí)會(huì)學(xué)習(xí)，我們對(duì)這個(gè)結(jié)果很滿意。

這項(xiàng)成果來自于我實(shí)驗(yàn)室里一位非常優(yōu)秀的研究生Ben Liu，他現(xiàn)在在加州大學(xué)舊金山分校工作。Ben告訴我，他意外地發(fā)現(xiàn)了切片中似乎存在自發(fā)活動(dòng)的重現(xiàn)，他注意到早期組和晚期組的自發(fā)活動(dòng)結(jié)構(gòu)有所不同。在早期組中，自發(fā)活動(dòng)通常進(jìn)展迅速，然后衰減；而在晚期組中，自發(fā)活動(dòng)會(huì)隨著時(shí)間推移而增長(zhǎng)，并在預(yù)期的爆發(fā)時(shí)間之后達(dá)到峰值。

我們長(zhǎng)期以來的研究方向或結(jié)論大致是，時(shí)間感知不應(yīng)該被視為大腦的一項(xiàng)特殊功能，它如此基礎(chǔ)，應(yīng)該是神經(jīng)回路的普遍屬性。如果我們所說的神經(jīng)回路本質(zhì)上能夠感知時(shí)間的說法是正確的，那么就應(yīng)該可以通過這種實(shí)驗(yàn)方法得以證明。

而這也表明，即使沒有身體，神經(jīng)回路也能感知時(shí)間。

我把這個(gè)問題與IIT理論聯(lián)系起來，因?yàn)楦鶕?jù)IIT預(yù)測(cè)，神經(jīng)回路中存在循環(huán)因此也是有意識(shí)的。這是這項(xiàng)研究的倫理意義，它明確了許多類器官、胎兒組織和其他物質(zhì)可能具有意識(shí)。

?來源：Davide Bonazzi

保羅·米德布魯克斯：神經(jīng)回路中，“時(shí)間”和“時(shí)序”有何區(qū)別？為什么它代表的是“時(shí)間”而不是“時(shí)序”？

迪恩·布奧諾馬諾：在神經(jīng)回路中，時(shí)序和時(shí)間的聯(lián)系更為緊密。正如我們之前討論過的，“時(shí)序”需要某種東西在時(shí)間中流動(dòng)。談到大腦時(shí)，我通常不使用“時(shí)序”這個(gè)詞，因?yàn)闀r(shí)序指的是某種離散的東西。這適用于Transformers，不適用于大腦。但有時(shí)候兩者很難區(qū)分。

提到神經(jīng)時(shí)序，比如鳥鳴研究或交互中的神經(jīng)時(shí)序，是存在順序的。例如，按照神經(jīng)元A、B、C、D、E的順序，整個(gè)模式進(jìn)行一秒鐘或者半秒鐘，兩種模式的順序性相同，而時(shí)間發(fā)生了變化，這只是動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的速度問題。動(dòng)態(tài)的定義是隨時(shí)間變化的，它通過改變動(dòng)態(tài)的速度來提供。我們有辦法改變速度，我可以講得很慢，也可以講得很快。這沒什么特別的，只是大多數(shù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)或許多動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的屬性。

保羅·米德布魯克斯：我也可以放慢語速，但那種放慢是一致的。有時(shí)我語速慢，有時(shí)我語速快。這就像鳥鳴，其中時(shí)間內(nèi)部間隔的模式非常重要。也許這就是時(shí)間與時(shí)序的區(qū)別，時(shí)序中蘊(yùn)含著時(shí)間。

迪恩·布奧諾馬諾：是的。通常我認(rèn)為時(shí)間是一個(gè)容器。我認(rèn)為時(shí)間流（temporal flow）中蘊(yùn)含著時(shí)序性，你可以控制它的速度。但我認(rèn)為，這并非理解動(dòng)態(tài)的根本。一切都在時(shí)間中流動(dòng)，而時(shí)間的流動(dòng)可以被捕捉為時(shí)序，而這與時(shí)間無關(guān)，或者只會(huì)真正地體現(xiàn)在你所關(guān)注的時(shí)間中。

你可以這樣想：如果我讓“分辨綠燈和紅燈哪個(gè)先出現(xiàn)？”，這就是一個(gè)順序任務(wù)。而如果我問“燈閃爍的間隔是多久？”，現(xiàn)在這就變成了一個(gè)計(jì)時(shí)任務(wù)。它們都需要順序和連續(xù)性，但后一個(gè)被稱為時(shí)間任務(wù)，因?yàn)榇鸢敢院撩霝閱挝唬耙粋€(gè)順序任務(wù)不需要毫秒為單位，只需要序列。

大腦可以感知時(shí)間嗎？

保羅·米德布魯克斯：David Robbe（大衛(wèi)·羅比）通過研究基底神經(jīng)節(jié)，暫時(shí)得出了一個(gè)結(jié)論，那就是大腦無法測(cè)量時(shí)間。事實(shí)上，生物體測(cè)量時(shí)間的方式是通過行為過程。“無論如何，時(shí)間不是用大腦來衡量的，而是生物體利用自身行為作為替代物來估計(jì)時(shí)間。”他托我?guī)Ыo你一個(gè)問題：“如果大腦里有群體時(shí)鐘，誰可以讀取它？”群體時(shí)鐘的解碼者是什么？

大衛(wèi)·羅比“大腦無法測(cè)量時(shí)間”的觀點(diǎn)，參見追問相關(guān)文章

迪恩·布奧諾馬諾：首先，“解碼者是什么”這個(gè)問題，適用于幾乎所有過程，無論是空間解碼還是顏色解碼。我認(rèn)為這個(gè)問題源于，人們認(rèn)為時(shí)間定有某種特殊之處。但我不認(rèn)為時(shí)間是一個(gè)特別獨(dú)特的問題，我覺得所有的編碼過程都類似。

那么，是誰在解碼呢？這可以追溯到大腦中的“小人”理論。我認(rèn)為這個(gè)問題已經(jīng)找到不錯(cuò)的答案——并不需要“讀取器”，全程只需要“計(jì)算”，計(jì)算也就是代碼會(huì)生成神經(jīng)元的活動(dòng)模式，進(jìn)而引發(fā)機(jī)體的運(yùn)動(dòng)模式。

羅比的觀點(diǎn)或者你剛提到的“大腦無法感知時(shí)間”，是一種非常極端的觀點(diǎn)。我不知道他是否真的這么說，但我們知道這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。

保羅·米德布魯克斯：我認(rèn)為他的觀點(diǎn)是，假設(shè)我在敲摩爾斯電碼。時(shí)間當(dāng)然存在，這一點(diǎn)我們都同意。神經(jīng)回路和時(shí)間維度，受到身體的限制，如神經(jīng)元通路、肌肉組織的限制，或者學(xué)習(xí)時(shí)序的限制。然后，我可以按照節(jié)奏執(zhí)行任務(wù)，而無需明確知道某個(gè)動(dòng)作需要200毫秒。換句話說，這種時(shí)間感知受到中觀層面的限制。它依賴于我們?cè)谑澜缰械男袨槟芰Γ约按竽X-行為的輸出能力，而不是單純依賴神經(jīng)元精確地“測(cè)量”時(shí)間。

迪恩·布奧諾馬諾：我想我知道這個(gè)困惑問題的答案。

你舉了“一個(gè)密西西比河、兩個(gè)密西西比河”的例子。我們通過身體來計(jì)時(shí)，有時(shí)還會(huì)用運(yùn)動(dòng)指令，比如嘴唇的運(yùn)動(dòng)來控制節(jié)奏。那是誰在控制嘴唇？毫無疑問是大腦控制著嘴唇。即使存在反饋機(jī)制，但我們可以控制、切斷反饋。雖然很多神經(jīng)系統(tǒng)疾病都與反饋的破壞有關(guān)，導(dǎo)致機(jī)體的能力下降。但毫無疑問，是大腦在產(chǎn)生動(dòng)態(tài)，是控制者。

我認(rèn)為問題或誤解可能在于，時(shí)間對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的大多數(shù)人來說意味著什么。當(dāng)我們說“節(jié)奏”時(shí)，實(shí)際上指的是動(dòng)態(tài)。

有時(shí)，我覺得他是說大腦無法感知時(shí)間，就像時(shí)鐘無法感知時(shí)間。但是，時(shí)鐘只是一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，一個(gè)隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。時(shí)間是我們用來標(biāo)準(zhǔn)化變化的一種抽象概念。物理學(xué)家Ernst Mach（恩斯特·馬赫）有一句名言，“用時(shí)間來衡量變化是完全不可能的，因?yàn)闀r(shí)間是我們通過測(cè)量變化而得到的抽象概念。”他說“時(shí)間不在大腦里”，這有點(diǎn)玩字眼，但沒關(guān)系，反正時(shí)間也不在時(shí)鐘里。

時(shí)間只是一種體現(xiàn)變化的抽象概念。

當(dāng)我們說200毫秒或700毫秒，真正的意思其實(shí)是指，這段可以被時(shí)鐘測(cè)量出來的時(shí)間，這里需要時(shí)鐘去匹配它，有時(shí)我們會(huì)用身體來匹配它。

我可以舉一些具體化或不具體時(shí)間的例子：

加州大學(xué)洛杉磯分校的電梯很煩人，你必須先刷卡，然后在之后大約905毫秒的時(shí)間內(nèi)按下你想去的樓層的按鈕（我還沒掌握這個(gè)技巧）。為了做到這一點(diǎn)，我們有時(shí)會(huì)改變手臂的速度來配合，大腦會(huì)利用身體來幫助我們計(jì)時(shí)。否認(rèn)大腦沒有控制身體并做出動(dòng)態(tài)動(dòng)作，無疑是錯(cuò)誤的。

我的大腦控制著我的身體來幫助我“計(jì)數(shù)”。我不知道這是否應(yīng)該叫做“計(jì)數(shù)”。如果你愿意的話，確實(shí)可以這么說，但千萬別把因果關(guān)系混為一談。很明顯，是大腦在與身體聯(lián)系，即使大腦是控制身體的一部分。

保羅·米德布魯克斯：那你的器官切片含有神經(jīng)元，它們也是可以感知時(shí)間的，對(duì)吧？

迪恩·布奧諾馬諾：是的。不過，我認(rèn)為羅比可能會(huì)反對(duì)。時(shí)間是我們用來量化變化的詞。而羅比使用“時(shí)間”這個(gè)詞的方式與大多數(shù)人不同，他認(rèn)為沒有人能夠感知時(shí)間，因?yàn)闀r(shí)間是一個(gè)抽象的概念，我們通過測(cè)量變化來獲得它。我們暫時(shí)不討論物理。我想找機(jī)會(huì)跟和他一對(duì)一聊聊，看他如何面對(duì)這個(gè)問題。

?圖源：Shuzhan Yu

保羅·米德布魯克斯：總之，我的想法是，一個(gè)神經(jīng)元，它經(jīng)歷了所有這些變化和過程。這些變化需要時(shí)間。神經(jīng)元是個(gè)活體，既是個(gè)體，又不是個(gè)體，但卻是自主的物體。你也可以說，人體是一個(gè)整體。如果我一邊打鼓一邊計(jì)時(shí)，我體內(nèi)的所有這些過程都會(huì)影響我最終的行為。

我有個(gè)問題，一個(gè)神經(jīng)元，它被光線照射時(shí)會(huì)逐漸適應(yīng)，會(huì)習(xí)慣以一定的速率回收突觸小泡，也會(huì)涉及到ATP的產(chǎn)生等節(jié)奏性過程。雖然這些節(jié)奏發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)，但那里沒有“時(shí)間”。這些只是活細(xì)胞內(nèi)部發(fā)生的物理過程的具體體現(xiàn)。你說，我們不談物理，但我們必須討論物理。

時(shí)間就是變化。假設(shè)我挑戰(zhàn)極限，比如持續(xù)刺激24小時(shí)，可能就是在挑戰(zhàn)細(xì)胞的極限。在刺激方案中，是否存在一個(gè)最佳刺激點(diǎn)，能夠讓單個(gè)細(xì)胞，乃至整個(gè)細(xì)胞群跟上并被誘導(dǎo)？這是一個(gè)小問題，但是我想問的問題。

迪恩·布奧諾馬諾：首先需要澄清的是，這些現(xiàn)象并非單細(xì)胞特性，而是電路特性，需要神經(jīng)電路整合才能實(shí)現(xiàn)。這確實(shí)有點(diǎn)令人困惑。有時(shí)我們會(huì)用神經(jīng)動(dòng)力學(xué)來表示單細(xì)胞特性，而神經(jīng)動(dòng)力學(xué)現(xiàn)在指的是電路特性。那么，什么是動(dòng)力學(xué)？

動(dòng)力學(xué)指的是任何遵循物理定律、在時(shí)間中運(yùn)行的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，無論是計(jì)算機(jī)還是從山上滾下來的球。

同樣，我認(rèn)為“時(shí)間”這個(gè)詞很容易讓人產(chǎn)生困惑。在這場(chǎng)辯論中，我擔(dān)心有些人會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為時(shí)間是某種存在的東西。

當(dāng)我們說“某個(gè)過程持續(xù)500毫秒”時(shí)，是的，我們說的是刺激方案被設(shè)置為兩個(gè)刺激之間的時(shí)間差是500毫秒。這里的“500毫秒”，是石英晶體振蕩17000次所需的時(shí)間。我認(rèn)為這就是這些爭(zhēng)論如此令人困惑的原因，因?yàn)闀r(shí)間是一個(gè)如此重要的概念，以至于我們往往會(huì)忘記它并不存在于外部世界。

時(shí)間通常被認(rèn)為是英語中最常用的名詞。說它不存在有點(diǎn)諷刺。它確實(shí)錨定了我們生活的方方面面以及正在發(fā)生的變化。當(dāng)我說大腦能感知時(shí)間時(shí)，我的意思是，大腦毫無疑問擁有動(dòng)態(tài)過程，使其能夠同步、預(yù)測(cè)、匹配和解碼外部世界正在發(fā)生的變化。無論是內(nèi)部情況還是外部情況，我們都恰好使用“時(shí)間”這個(gè)詞來量化這些變化。

我明白，有時(shí)這會(huì)引起某種困惑。這也可以追溯到柏格森。我認(rèn)為他只是用了“時(shí)間”這個(gè)詞，跟大多數(shù)人（尤其是如今的人）使用“時(shí)間”的方式不太一樣。所以這并非一個(gè)特別有研究?jī)r(jià)值的課題。

人工智能需要感知時(shí)間嗎？

保羅·米德布魯克斯：最后一個(gè)問題，我們一開始討論了人工智能，以及時(shí)間在人工智能中為何無關(guān)緊要。那么，人工智能需要時(shí)間嗎？

迪恩·布奧諾馬諾：我想再次澄清：我從未說過時(shí)間在人工智能中無關(guān)緊要。我說的是，Transformer的成功令我驚嘆，盡管它的架構(gòu)不允許它們感知時(shí)間。顯然，在機(jī)器人技術(shù)、自動(dòng)駕駛汽車領(lǐng)域，時(shí)間很重要。此外，時(shí)間的結(jié)構(gòu)也體現(xiàn)在語音處理上。例如，當(dāng)你通過語音與ChatGPT交互時(shí)，像“大眼睛”或“灰色領(lǐng)帶”，或者“他們給她貓糧”和“他們給了她貓糧”之類的語句，這些都體現(xiàn)了時(shí)間結(jié)構(gòu)，而ChatGPT可以捕捉到這些時(shí)間差異。

其實(shí)，這不是Transformer的能力。語音識(shí)別是前端的處理，但它確實(shí)依賴于對(duì)時(shí)間間隔和時(shí)間結(jié)構(gòu)的捕捉。

所以，我從未否認(rèn)時(shí)間的重要性。你的問題是，時(shí)間對(duì)于人工智能是否重要？答案是肯定的，只不過它的實(shí)現(xiàn)方式不同。我們可以通過許多策略來處理時(shí)間，比如基于帶有延遲的前饋網(wǎng)絡(luò)來模擬時(shí)間動(dòng)力學(xué)。

回到意識(shí)的話題上。對(duì)我來說，意識(shí)是一個(gè)生物過程，其定義取決于它如何隨時(shí)間演化。對(duì)我來說，意識(shí)就像音樂。它只存在于時(shí)間的流動(dòng)或生命本身中。你觀察生命，問一個(gè)冰凍的生物是否活著是沒有意義的，因?yàn)樯亩x在于變化、新陳代謝、繁殖......

保羅·米德布魯克斯：我同意你的說法。我們唯一知道的是，意識(shí)是一個(gè)生物過程。至少，我們?cè)谏镞^程中所知的唯一意識(shí)例子是那些隨時(shí)間流動(dòng)的事物。我認(rèn)為，當(dāng)意識(shí)場(chǎng)試圖探索各種不同的渠道和理論時(shí)，從一開始就嘗試將其建立在時(shí)間規(guī)則之上是有幫助的。在我看來，IIT不是一個(gè)過程，而是一種狀態(tài)。

迪恩·布奧諾馬諾：據(jù)我理解，IIT并不需要時(shí)間（改變）的概念。如果一切都是靜態(tài)的，那么IIT仍然是有意識(shí)的。但這很難真正理解，因?yàn)樗亩x并不明確，也沒有相應(yīng)的度量單位。我推測(cè)，對(duì)于在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的人工智能，考慮到這些計(jì)算機(jī)本身沒有連續(xù)時(shí)間，它們的計(jì)算是離散的，我因此推測(cè)，僅僅是推測(cè)，這些計(jì)算機(jī)不支持意識(shí)，因?yàn)樗鼈儾恢С诌B續(xù)時(shí)間。

編譯后記

時(shí)間是理解大腦和智能的關(guān)鍵。這次訪談，兩位專家深入探討了大腦如何處理時(shí)間的問題。時(shí)間不僅是外部的一個(gè)維度，更是大腦內(nèi)部計(jì)算的核心維度之一。

布奧諾馬諾強(qiáng)調(diào)了神經(jīng)動(dòng)力學(xué)、做預(yù)測(cè)的機(jī)制及其在人工智能中的潛在應(yīng)用。他也對(duì)意識(shí)和自由意志等哲學(xué)議題做了探討。布奧諾馬諾強(qiáng)調(diào)了時(shí)間在大腦功能中的核心作用。他區(qū)分了“計(jì)時(shí)”（timekeeping）和“時(shí)間感知”（timing）兩個(gè)概念，指出大腦并沒有一個(gè)專門的“計(jì)時(shí)器”，而是通過動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)間進(jìn)行編碼。

大腦中的信息處理，可以看作是神經(jīng)元活動(dòng)在高維空間中不斷演化的軌跡。這種“時(shí)空軌跡”不僅編碼外部信息，也反映了內(nèi)在的時(shí)序結(jié)構(gòu)。大腦不僅在處理當(dāng)前輸入，還在不斷預(yù)測(cè)未來。預(yù)測(cè)性編碼（predictive coding）是他強(qiáng)調(diào)的一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制，用以解釋感知、記憶和動(dòng)作的時(shí)間協(xié)調(diào)。

布奧諾馬諾討論了時(shí)間如何嵌入到我們的認(rèn)知功能中，比如語言、音樂、運(yùn)動(dòng)等。語言理解就是一個(gè)高度依賴時(shí)間結(jié)構(gòu)的過程。他指出當(dāng)前人工智能系統(tǒng)在處理時(shí)間和動(dòng)態(tài)信息方面仍然較弱，大腦的時(shí)間處理機(jī)制有助于AI系統(tǒng)的改進(jìn)。

在哲學(xué)層面，他簡(jiǎn)要討論了時(shí)間與自由意志的關(guān)系。他認(rèn)為要真正理解和模擬人類智能，需要深入探索大腦如何處理時(shí)間、因果關(guān)系和動(dòng)態(tài)信息。這對(duì)于神經(jīng)科學(xué)研究具有重要意義，也促使人們思考人工智能的底層邏輯。

*為了閱讀體驗(yàn)，本文對(duì)聽稿進(jìn)行了適當(dāng)?shù)木庉嫛?/p>

原對(duì)話指路：https://www.thetransmitter.org/brain-inspired/dean-buonomano-explores-the-concept-of-time-in-neuroscience-and-physics/

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