原文：Donald D. Hoffman, Chetan Prakash. “Objects of Consciousness.” Frontiers in Psychology, 2014. 原文链接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyg.2014.00577/full

摘要

当前的视觉感知模型通常假设人类视觉估计的是物理对象的真实属性——即使未被感知也存在的属性。然而，使用进化博弈和遗传算法对感知进化的最新研究揭示：当真实感知与调谐于适应度的感知竞争时，自然选择常常将真实感知驱逐至灭绝。感知引导适应性行为；它并不估计预先存在的物理真相。

此外，从进化生物学转向量子物理学，有理由不相信预先存在的物理真相：量子理论的某些解释否认物理对象的动力学属性在未被观测时具有确定的值。在其中一些解释中，观察者是基本的，波函数是主观概率的汇编，而非预先存在的物理现实要素。

这两个考量——来自进化生物学和量子物理学——表明当前的物体感知模型需要根本性的重新表述。在此，我们开始这样的重新表述，从一个我们称为"有意识代理"（conscious agent）的意识形式模型出发。我们发展了相互作用的有意识代理的动力学，并研究了物体和时空的感知如何从这种动力学中涌现。我们表明，一个特定物体——量子自由粒子——的波函数在形式上与刻画有意识代理渐近动力学的谐函数完全相同。粒子不是弦的振动，而是相互作用的有意识代理的振动。

引言

人类心智有一种倾向性：相信物理对象在未被感知时，仍然以确定的形状和位置存在于空间中。心理学家皮亚杰（Piaget）提出，儿童在大约9个月大时开始发展这种"客体永久性"（object permanence）信念，并在仅仅9个月后就将其牢固确立。

客体永久性信念在成年后仍然根深蒂固，即使在最聪明的头脑中也是如此。Abraham Pais谈到爱因斯坦时说：“我们经常讨论他关于客观实在性的观点。我记得有一次散步时，爱因斯坦突然停下来，转向我问道，我是否真的相信月亮只在我看它的时候才存在。“爱因斯坦对量子理论中蕴含的"月亮在未被感知时不存在"的解释深感不安。

客体永久性的信念支撑着物理主义的心身问题理论。当Gerald Edelman声称"现在有大量实证证据支持意识从大脑的组织和运作中涌现这一观点"时，他假设大脑在未被感知时存在。当Francis Crick断言那个"惊人假说”——“你不过是一堆神经元”——时，他假设神经元在未被感知时存在。

客体永久性支撑着视觉物体感知的计算模型。David Marr声称：“我们确实计算了外部真实可见表面的显式属性。“对Marr来说，物体及其表面在未被感知时存在，人类视觉已经进化来描述它们的客观属性。

贝叶斯视觉理论假设客体永久性。它们将物体感知建模为对物体属性——如表面形状和反射率——的统计估计过程，这些属性在未被感知时存在。

进化与感知

当我们使用蒙特卡洛模拟的进化博弈和遗传算法实际研究感知进化时，我们发现自然选择通常并不偏好对环境客观属性的真实报告。相反，它通常偏好调谐于适应度的感知策略。

为什么？模拟中浮现出几条原则。

第一，信息没有免费午餐。 获取关于外部世界的每一比特信息，都必须以能量为代价——例如，用于获取、处理和保存信息所消耗的卡路里。而每消耗一卡路里用于感知，就必须出去猎杀什么并吃掉来获取那一卡路里。所以自然选择倾向于偏好——在其他条件相同时——使用更少卡路里的感知系统。使用更少卡路里的一种方式是看到更少的真相，尤其是那些对适应度没有信息量的真相。

第二，信息需要时间代价。 更多信息通常需要更多时间来获取和处理。但在捕食者出没的真实世界里，比赛往往属于敏捷者。跑得较慢的羚羊会成为跑得较快的猎豹的午餐。所以自然选择倾向于偏好花更少时间的感知系统。减少时间的方式，同样是看到更少的真相。

第三，在生物体适应生态位并需要内稳态机制的世界中，指导进化的适应度函数通常不是世界中结构或数量的单调函数。 盐太多或太少都可能是灾难性的；中间某处恰到好处。水、海拔、湿度等亦然。在这些情况下，调谐于适应度的感知本身就不会调谐于世界的真实结构，因为两者之间没有单调关系。知道真相不仅无关紧要，还可能对适应度有害。

第四，在噪声和不确定性普遍存在的一般情况下， 一个先估计世界真实状态、然后使用与该状态相关的效用来指导决策的策略，必然丢弃关于效用的宝贵信息。它通常会被一个不估计世界真实状态、而是利用所有效用信息的策略驱逐至灭绝。

第五，更复杂的感知系统更难进化。 遗传算法的蒙特卡洛模拟表明，进化更复杂的感知系统所需搜索的组合爆炸本身就是一种朝向更简单感知系统的选择压力。

简而言之，自然选择并不偏好全部或部分看到真相的感知系统。相反，它偏好快速、廉价、并为生存和繁殖所需的行为量身定制的感知。感知不是关于真相，而是关于生孩子。编码感知系统的基因如果增加了生孩子的概率，就正是更可能在下一代中编码感知系统的基因。

感知的界面理论

自然选择偏好有用但不真实的感知。这看似反直觉。Palmer在上文引述中声称"视觉之所以有用恰恰是因为它如此准确”。Geisler和Diehl也认为这是不言而喻的：“一般来说，更接近真相的（感知）估计比偏离真相的估计具有更大效用。”

这个假设——感知在真实的程度上才有用——初看似乎合理，也与客体永久性的假设很匹配。因为如果我们的感知向我们报告一个包含特定形状和位置物体的三维世界，并且如果这些感知报告已被进化塑造为真实的，那么我们可以确信那些物体在通常情况下确实存在，即使未被感知也具有其位置和形状。

但使用进化博弈和遗传算法的研究直截了当地反驳了这一根深蒂固的假设。显然我们的直觉需要一些帮助。

幸运的是，计算机技术的发展提供了一个便利且有益的隐喻：笔记本电脑windows界面的桌面。

假设你正在编辑一个文本文件，该文件的图标是桌面右上角的一个蓝色矩形。如果你点击该图标，可以打开文件并修改内容。如果你把图标拖到回收站，可以删除文件。图标相当有用。

但它真实吗？图标唯一可见的属性是位置、形状和颜色。这些属性是否与文件的真实属性相似？显然不是。文件不是蓝色的或矩形的，也可能不在电脑的右上角。事实上，文件没有颜色或形状，也不必有明确的位置。所以，甚至去问图标的属性是否真实，就犯了范畴错误，完全误解了界面的目的。

界面的关键功能是隐藏真相。 大多数电脑用户不想看到编辑文件时幕后忙碌的集成电路、电压和磁场的复杂性。如果必须处理那种复杂性，他们可能永远完不成文件上的工作。

将界面隐喻应用于人类感知——其思想是：自然选择塑造我们的感知不是为了洞察客观现实的真实结构和因果本质，而是为了成为一种物种特异性的用户界面，用于指导我们生存和繁殖所需的行为。空间和时间是我们感知界面的桌面，三维物体是桌面上的图标。

我们的界面给人一种揭示真实因果关系的印象。当一个台球撞击另一个时，看起来确实像是第一个导致第二个弹开。但这种因果表象只是有用的虚构，正如计算机桌面上图标操作一样。

有一个明显的反驳：“如果那条眼镜蛇只是你界面上没有因果力量的图标，你为什么不抓它的尾巴？”

答案很直接：“我不抓眼镜蛇，就像我不会随便把文件图标拖到回收站一样——我可能会失去大量工作。我不把图标当字面意思理解：文件不像其图标那样真的是蓝色或矩形的。但我确实认真对待图标。”

还有另一个反驳：“界面隐喻没什么新鲜的。物理学家一个多世纪以来就告诉我们，固体物体实际上大部分是空的空间。“物理学家确实自1911年卢瑟福发表原子核理论以来就这样说。但界面隐喻说的更激进。它说时空本身只是桌面，时空中的一切——包括原子和亚原子粒子——本身就只是图标。不仅仅是不看时月亮不在那里，原子、轻子和夸克本身也不在那里。

有意识代理的定义

如果我们的推理是正确的，那么时空和三维物体没有因果力量，也不在未被感知时存在。因此，我们需要一个全新的基础来构建物体理论。在此，我们探索意识作为这一新基础的可能性，并寻求一个数学上精确的理论。其核心思想是：物体的理论首先需要一个主体的理论。

这当然是一项非同小可的事业。Frank Wilczek在讨论量子理论的解释时说：“相关文献以充满争议和晦涩而著称。我相信这种状况将持续下去，直到有人在量子力学的形式体系中构建一个’观察者’——即一个其状态对应于意识觉知的可辨认漫画式模型的实体……那是一个艰巨的项目，远远超出了通常被认为属于物理学的范畴。”

我们构建意识理论的方法类似于图灵构建计算理论的方法。图灵提出了一个简单但严格的形式化体系——现在称为图灵机。图灵和其他人随后猜想：一个函数是算法可计算的，当且仅当它是图灵机可计算的。这一"丘奇-图灵论题"无法被证明，但原则上可以被反例证伪。至今没有找到反例。

类似地，为构建意识理论，我们提出一个简单但严格的形式化模型：

定义：一个有意识代理（conscious agent）C 是一个六元组：

C = (X, G, P, D, A, N)

其中：

  • (X, X) 是感知体验的可测空间
  • (G, G) 是可能行动的可测空间
  • P: N × X → [0,1] 是感知映射（将世界状态映射为感知体验的概率）
  • D: X × G → [0,1] 是决策映射（将感知体验映射为行动选择的概率）
  • A: G × N → [0,1] 是行动映射（将选择的行动映射为对世界产生效果的概率）
  • (N, N) 是有意识代理可以感知和作用的世界的可测空间

感知-决策-行动循环（Perception-Decision-Action, PDA循环）：

N → P → X → D → G → A → N

世界向代理发送信息，代理感知（P），做出决策（D），然后采取行动（A）改变世界状态。整个循环由适应度收益驱动。

意识实在论

如果有意识代理是基本的，那么物理对象——包括大脑和神经元——不是意识的原因，而是意识界面上的图标。我们称这个观点为"意识实在论”（conscious realism）。

意识实在论主张：客观世界 W 由有意识代理组成。

这听起来像唯心主义（idealism）。但有意识代理有精确的数学定义，并且它们的动力学可以被严格研究。关键区别在于：唯心主义通常是形而上学的立场；意识实在论是一个精确的数学框架，其预测可以被检验。

两个有意识代理的动力学

当两个有意识代理相互作用时会发生什么？

假设代理C₁的行动是代理C₂的感知世界，反之亦然。那么两个代理可以组合成一个更大的有意识代理。这就是"组合问题”（combination problem）的一种解决方案——意识的基本单元如何组合形成更复杂的意识体验。

一个特别引人注目的结果是：量子自由粒子的波函数与有意识代理渐近动力学的谐函数在形式上完全相同。

薛定谔方程描述了量子自由粒子在时空中的演化。我们发现，描述相互作用的有意识代理动力学的方程与薛定谔方程在数学形式上同构。

这意味着什么？

粒子不是弦的振动——它们是相互作用的有意识代理的振动。

这使我们能够将物理属性——位置、动量、能量——重新解释为相互作用的有意识代理的属性，而不是预先存在的物理真相。

微观物理对象

如果有意识代理是基本的，那么"粒子"是什么？

在我们的框架中，粒子是有意识代理动力学中的稳定模式——正如桌面图标是计算机底层过程的稳定视觉表示。当你看到一个电子时，你看到的是一个图标——一个关于某种底层意识动力学的简化、物种特异性的表示。

电子的属性——电荷、自旋、质量——不是预先存在的物理真相。它们是你的感知界面为了引导适应性行为而赋予该图标的属性。

结论

两条独立的论证线汇聚于同一个结论。

第一条来自进化生物学：自然选择塑造的感知不是为了揭示真相，而是为了适应度。使用进化博弈和遗传算法的严格研究表明，真实感知被界面感知驱逐至灭绝。

第二条来自量子物理学：量子力学的某些解释暗示，物理对象在未被观测时不具有确定的动力学属性。观察者可能是基本的，而非物质。

这两条线索交汇的地方，就是意识实在论：意识是基本的。物质、时空、物理对象——这些都是意识界面上的图标。 它们对于指导行为是有用的，但不应被当作字面意义上的真相。

我们需要超越物理主义（physicalism），从意识本身出发来理解现实的本质。有意识代理的数学框架提供了一条可能的路径——一条从"主体"而非"客体"出发的路径。

这不是退回到神秘主义。这是推进到更严格的科学——一种将意识视为基本实体而非派生现象的科学。正如图灵机为计算提供了形式化基础，有意识代理或许能为意识本身提供这样的基础。

时空注定要消亡。取而代之的，可能是一个由有意识代理构成的、远比我们的感知界面所暗示的更丰富的现实。