近些年，生命科學家開始關注神奇的大腦，因此各國紛紛提出各自的腦計劃;當前有一個更基礎的、但極富爭議性的領域卻被大家忽視了，就是意識科學。事實腦計劃的終點應該就是意識科學，但由于目前大多數科學家都覺得離這個目標太遠而干脆不去怎么提及。
復旦大學高分子科學系副教授李劍鋒是我國目前為數不多從事嚴肅的意識科學研究的學者，他從2003年就開始進入這個領域，并于2013年就提出一個無時空的意識量子理論(相關文章已發表于一個SCI英文雜志Neuroquantology上)，該理論認為意識可能并非多粒子體系的非線性的浮現現象，而是由某種內部自由度巨大的基本粒子的內在屬性產生，并預測意識在衰亡過程中其質量會減少。這是國際上目前關于意識的少有幾個比較完整的物理理論，如果其中一些理論預測將來被實驗證實的話，它極有可能成為未來意識科學的基礎理論及范式。
科技日報記者就意識科學的相關問題請李劍鋒進行了解疑釋惑。
什么是意識?
李劍鋒：大致說來意識就是我們(包括人類在內的部分動物)在感知外部世界時，除了刺激物理響應之外，我們還伴隨有神奇的意識體驗。這個意識體驗由什么產生，如何產生是非常有趣的事。定義意識要說清楚兩件事，什么是意識體驗，什么是意識的承載體。我在置頂微博(李劍鋒的新浪微博為：@復旦李劍鋒-意識科學)的海報里給出了意識的一個較為明顯的物理數學定義。其大意如下：若把世界上所有事物包含在一個系統里，它可用一個量子態D描述，然后可試圖分裂成兩個系統分別為M和W,若這個分裂使得M能夠獲得關于W的一系列有意義的信息流，那么就稱M為一個意識主體，而在某時間段M與W的一個子系統E組成的量子疊加態本身就對應于此時的意識體驗，這里注意是態直接對應于體驗，態存在不可結構化的部分。
更明確一點，一個系統要產生意識需要滿足下面兩個條件：一是其物理屬性與現象屬性具有一定的一致性;二能產生時間，意識體與外在世界構成的量子態的序列展開中，存在一個序列使得意識體驗片段在最大信息獲取原則下不會將所有態疊加進來，從而能夠形成一系列體驗片段。
意識定義用到了最大信息獲得原則，任何意識體驗片段都試圖將盡可能多的態疊加進來以獲取對外界盡可能多的信息，但有時可能會有個極大值，即更多的態反而會使得信息量減少，因此這就使得只有部分態被包括進來來產生某個時刻的體驗，剩下態產生下一時刻再下一時刻，從而形成時間等等。若相反不存在極大值所有態都會被包括進來，這樣災難便發生了，因為這樣意識主體將只有一個意識體驗片段，那么將沒有時間空間等等，這就等效于沒有意識體驗。如果普通物體之所以不能體驗這個世界就是因為這個原因。
大腦產生意識的一個可能的物理機制
意識科學為什么重要?
李劍鋒：因為意識科學是理解人類存在的終極問題。另外它可能是人類自然科學史最后一塊大的蛋糕，如果現在不進來搶，以后就沒機會了;若再等十年，你會發現你面前突然出現了一個叫意識科學的龐然大物。不過進來搶之前，先把工具準備好，不能再僅僅用“哲學思辨”、“心理學”這些工具了，你除了把這些帶上，還得把現代幾乎所有物理工具都帶上，才有大的勝算。
什么是意識科學著名的“困難問題”?
李劍鋒：1995年左右，著名的哲學家查爾默絲對意識科學中的問題進行了分類，認為大致可分成簡單問題與困難問題。簡單問題是指可歸結為結構和功能的問題，比如所有的認知相關的問題都為簡單問題，當然目前很熱的人工智能相關的問題亦為簡單問題;而困難問題是指不能歸結為結構和功能的問題，一般此類問題主要涉及到解釋意識體驗的來源及其本質。
事實上，如果研究意識而不懂何為簡單問題何為困難問題，就等于意識科學還沒入門。上世紀90年代中，D Chalmers總結以前哲學家的思考結果，提出意識相關的問題可以分成簡單問題和困難問題，后來Hard Problem這個詞幾乎就是特指意識科學中的困難問題。所謂簡單問題是指可歸結為結構與功能的問題為簡單問題，諸如認知科學、人工智能要解決的問題一般都為簡單問題。困難問題是指不能歸結為結構與功能的問題，此類問題直接與意識體驗相關。比如，在視覺神經活動過程中，一切活動都可用物理過程來解釋，這里面涉及的物理因果關系似乎是閉合的，那為什么還需要多余的意識體驗參與其中。
意識科學是一個怎樣的科學研究領域?
李劍鋒：現在意識科學主要是指以解決困難問題為導向的一個新興的科學研究領域。
目前關于意識和困難問題的思考還處于起步階段，但相信再過十年二十年，這種狀況會發生巨大的變化，人們會在這二十年里見證一個新興學科(意識科學)的興起，它不再專屬于哲學家;而在這興起的過程中，充滿了機遇和挑戰，這似乎也是自然科學留給中國人最后一個能證明自己的機會，如果誰提出的理論范式能最終被接納為將來意識科學的基本理論范式，那么他就是意識科學的奠基人;但這需要極高的哲學修養和物理數學修養，以及超強的耐力與智慧。”李劍鋒說。
意識科學的困境和物理學的局限性是什么?
李劍鋒：一方面，根據羅素的觀點，物理學只能研究事物之間的關系與結構，也即物理學只能研究能歸結為結構關系功能的物理過程，這是物理學的局限性;另一方面，意識科學的困難問題又恰好是不能歸結為結構與功能的問題。這明顯就是想把人家逼死的節奏嘛，一會說要把物理學引入到意識研究才會有新的進展，一會又說困難問題表明物理學不能研究意識哦，說清楚你到底要干嘛!嗯，這就是意識科學的困境，這是意識科學要面對的第一個大問題。任何號稱意識相關的理論，又不想告訴我如何解決此困境的理論都是耍流氓。
如何走出意識科學第一困境?
李劍鋒：第一困境表明，困難問題都是不可結構化的，而物理又只能研究可結構化的問題，但要命的是“領導”要求用物理來解決困難問題。或許走出第一困境的關鍵是要學會維根特斯坦的沉默，他說“凡能夠說的，都能夠說清楚;凡不能談論的，就應該保持沉默。”即能結構化的都能說清楚，不能結構化的就應該沉默。但沉默不代表什么都不做，關鍵是如何沉默，你可將不可結構部分映射到其它事物，只要不去描述它即可。物理學中量子態既包含了可結構化的部分也包含了不可結構化的部分，某態在某組基態下的展開表達是可結構化的，但某態自身的本質是什么是不可言說的，是不可結構化的，可將其映射到某一意識體驗。相信這種處理為走出第一困境提供了一個突破口，也是我們仍然能用物理學研究意識的根本原因。
什么是意識科學第二困境?如何走出此困境?
李劍鋒：意識科學第二困境是指如何保證意識主體的物理屬性與其體驗現象屬性具有一致性的困境。走出此困境分兩步，第一步從理論定義什么叫物理屬性與現象屬性具有一致性，這可以在我的意識理論(Pre-ST Theory)框架下去嚴格定義;第二步證明何種系統會實現這種一致性。我初步的猜想是或許只有基本粒子的這兩種屬性才具有一致性，但由于需要產生諸如時間、智能復雜結構的事物，因此此基本粒子必須具有極大的自由度;不過這只是個猜想，有待證明。
什么是僵尸世界與閉合的物理因果關系?
李劍鋒：設想一個僵尸世界為我們這個世界的一個拷貝，只是里面的人都沒意識。當僵尸世界的“你”被刀割了一下，神經信號傳到大腦，大腦一陣狂算后，指揮嘴吧發出“啊，好痛”叫聲，只是在此過程中，“你”并沒有體驗到任何疼痛。當然在這個世界里，發生了同樣的事，所有物理過程都一模一樣，但不同的是你體驗到了真切的疼痛。那么這里就有問題了，物理學家們會認為其實在僵尸世界所有物理因果關系都已經閉合了，也就是說如果你偵探要調查這過程中發生的所有事件，你會發現僵尸世界里的所有的事情都說得通的。似乎反而是現實世界的意識體驗是完全多余的!而為什么我們要有意識體驗這個事情讓我們深深地感到迷茫。另外為什么大自然要進化出意識也讓人們百思不得其解。這個論題還和Type-E二元論、自由意志等論題有關聯。
什么是瑪麗的黑白屋?
李劍鋒：瑪麗從小生活于黑白世界，她狂學關于人類視覺系統方面的物理知識，知道所有視覺形成機理。現在小白問，瑪麗能否從這些物理知識推知看到紅色是何種體驗?按理她無法從這些物理知識推知此體驗是何種體驗，于是上帝就笑了：因為物理知識不能窮盡所有的知識，物理學也不能用于理解意識體驗，哈哈。現在有些哲學家認為體驗不能算知識，甚至有人認為其不包含信息，因此他們認為瑪麗黑白屋沒什么;我個人不同意這些哲學家的觀點。
您怎么看待萬物有靈論邏輯?
李劍鋒：最近幾年，看似最不靠譜的萬物有靈論得到了許多哲學家及心理學家甚至物理學家的肯定，這是目前意識科學領域一個大的趨勢。因此，無論如何它或許有其可取之處。其基本邏輯如下：若承認意識體驗乃某現實存在物(或某些粒子的集合體)，那表明這些存在物的某些屬性(暫時稱為現象屬性)可產生意識體驗，由于我們無法給出充分的理由說明這些存在物與其它所有存在物有哪些特殊之處，因此我們只好認為所有存在物都有與意識體驗本質上一樣的現象屬性。即所有事物本質上都有所謂的意識體驗。這就是萬物有靈論。只是普通物體的意識體驗是碎片化的，不能形成結構化有意義的意識體驗，更妄論會思考。
萬物有靈認為所有事物都具有體驗屬性，但這些碎片化的體驗屬性是如何組織成有結構、有意義的意識體驗是萬物有靈必須解決的問題;另外，系統實現的物理功能如何與其體驗屬性的結構具有一致性，比如如何使電腦在用電子信號實現1+1=2這個物理功能時，電腦也能體驗到這個過程。 這就是所謂的Combination Problem(組合問題)，也是意識科學必須面對的第二大問題，第一大問題是如何克服物理學的局限性。現在有些人理想當然地認為只要把系統的物理屬性組織起來了，它的體驗屬性會自動組織起來，因此有些人甚至認為我們電腦已經具備了意識。這完全是一廂情愿的想法。我們必須直面這個問題，并充分說明在什么情況下物理屬性才跟體驗屬性具有一致性。當然首先得用數學物理方法清晰地定義什么叫物理屬性，什么叫體驗屬性，什么叫它們的結構具有一致性。
談了這么多的意識科學，可以談談人工智能的未來發展趨勢嗎?
李劍鋒：雖然非常關心人工智能，但我并不熟悉這個領域。那我就基于我對意識的了解來談談這個問題吧。近年來人工智能取得了巨大的發展，人們熱衷于暢想未來人工智能的各種可能性，特別是AlphaGo戰勝人類頂級棋手后，有人甚至認為人工智能已具有意識。也有人認為人工智能其實還很傻，不可能實現諸如創造、自主等人類思維才特有的能力。
我認為這兩種觀點都不太對。首先基于“困難問題”，認知科學只能解決可結構化的問題，另外基于上面我們對組合問題的討論也知道人工智能并沒有保證物理功能與內在屬性的一致性，因此現在的人工智能不可能有意識;當然未來的人工智能也不可能有意識。
但第二種悲觀的看法也是不對的，事實上，人工智能原則上可實現任何可歸結為結構的各種功能，比如諸如推理演繹、學習、創造、自主等能力，它們原則上都可以歸結為一種結構與功能。注意，可結構化的功能分為算法的和非算法的，但都是可結構化的。我認為即便是非算法的功能人工智能仍然是可以實現的，現在許多人的認為諸如創造、自主這些過程是非算法的。未來人工智能將具有創造力并能自主學習。當然非算法的人工智能仍然不具備意識，因為它仍然是結構化的。但并不是說人類永遠都創造不出意識機器人，不用這么絕望，事實上我新提出的意識理論就給出了制造意識機器人的大體方案，不過實施起來并不容易，或許再過半個世紀吧。
