意识的特殊技巧在于能够把行动和时间投射到一系列可能的未来当中
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编者按：意识和思想的产生应该是人类的终极问题之一了吧。大量研究都把意识看成一件事物作为研究的方向。但惠康基金会神经影像中心研究员兼科学主任，伦敦大学学院的神经学教授Karl Friston却认为，思想不过是一个类似进化或者天气的过程罢了。原文发表在aeon.co上，标题是：The mathematics of mind-time
划重点
哲学家和认知科学家往往假定意识是个东西
Karl Friston却认为，意识不过是一个自然过程，就像进化或天气一样（推理过程）
Daniel Dennett的达尔文的危险思想”：在没有推理者的情况下做出推理是可能的。
人的意识属于复杂系统，这种重复的，自组织的行为的显著之处在于，它跟宇宙通常的行为正好相反，后者遵从热力学第二定律——世间万物都会趋于混沌，而且熵往往会增加
复杂系统就像高山流水：流水总要往低处走最后流入大海，然后蒸发再被雨云回收给高山。
每接受一次新体验，你的机体都会进行推理，从而让发生的事情适应一种熟悉的模式
任何反复占据特定状态的过程（就像你我），由于其自身的存在，都必须进行推理。
作为时间之箭的结果，能够理解自身未来行动所造成的影响的系统，必须具有一定的时间厚度。
从进化到有意识的处理，所有的生物过程都可以看作是推理。
意识是事物还是过程？
我要忏悔。作为物理学家，精神病医生，我发现开展有关意识的对话很难。我最大的抱怨是这个，提出问题的哲学家和认知科学家往往假定思维（mind）是个东西，其存在可以通过它的属性或要满足的目的来识别。
但是在物理学里面，假设用任何常规的意义去假定东西的“存在”是件很危险的事情。不要这样，相反，一个更加深层次的问题是：什么样的过程会让人产生某个事物存在的概念（或错觉）？比方说，艾萨克·牛顿用对力做出反应的大型物体来解释物理世界。可是，随着量子物理学的出现，真正的问题变成了质量和力的概念所依赖的度量的本质和意义是什么，这个问题至今仍存在争论。
其结果是，我被迫把意识看作一个要去理解的过程，而不是待定义的事物。简而言之，我的观点是，意识不过是一个自然过程，就像进化或天气一样。我最喜欢的将意识作为一个过程加以说明的技巧是用“进化”代替“意识”一词-看看问题是否仍然有意义。比方说，意识是什么这个问题变成了进化是为了什么？当然，从科学上讲，我们知道进化不是为了任何什么。它没有去执行一项功能，或者所做的事情有什么理由——它是一个不断发展的过程，只能按照它自身的方式去理解。由于我们都是进化的产物，所以对于意识和自我这似乎同样适用。
我对意识的看法跟哲学家Daniel Dennett的观点是相呼应的，他一直在致力于理解思想的起源。Dennett关心的是，无心的，纯粹的“原因”（cause，A导致B）是如何引起我们所知的有心的“推理”（reason，A发生，所以B会发生）的。Dennett的解决方案是他所谓的“达尔文的危险思想”：也就是这样一种洞察，在没有设计师的情况下进行设计是可能的，在缺乏理解的情况下具备能力是可能的，以及在没有推理者的情况下做出推理（或“漂浮性理由”）是可能的。一种甲虫之所以优于另一种，可能是因为我们可以识别的一些“理由”，比方说，一个有利的突变会产生更具隐蔽的颜色。Dennett在《心灵的进化》（From Bacteria to Bach and Back: The Evolution of Minds ，2017）一书中写道：“自然选择因此是一个自动的理由发现者，在一代又一代间它‘发现’，‘认可’并‘关注’了一些理由。那些吓人的话是为了提醒我们，自然选择其实并没有思想，其本身也没有理由可言，但是仍然有能力去执行这一设计改进的的‘任务’。”
我希望能够向你说明，尽管本身并没有，但大自然其实可以争取到理由。在本文的余下内容中，我将提出理由，说明尽管事物没有存在的理由，但是某些过程仍然会被认为参与了推理。我在这里是用“推理”来表示由推断或溯因引起的解释，也就是说，试图根据潜在原因、规则或原则来解释观察结果。
对于过程的这种看法，让我们想到了一个关于思想为何存在的故事，一个的优雅的，尽管是缩水版的故事。推理其实上非常接近于一种万物理论，可以解释包括进化，意识和生命本身。它一直在诱导。作为一个已经在运动中的过程，我们被丢进了世界。而且那些进程只能基于这个世界稀少的（如果是精心挑选的话）样本朝着“本来已经存在的东西”的方向进行推理。这种看法模糊了我们所熟悉的辩证逻辑，再也没有那么清晰的心灵与物质之分，自我与世界之分，以及表象主义（我们描绘现实）和涌现主义（现实来自于溯因与世界的邂逅）之分了。但在没有推理者进行推理之前推理是怎么发生的呢？惰性物质是怎么启动导致意识产生的过程的？
复杂系统
关于这个过程的性质我们不妨先建立一些基本规则，然后再看看我们能走多远。我们只对构成复杂系统的过程感兴趣，也就是那些整体大于部分之和的研究对象。理解这一概念有一个好方法，那就是看它的相反。如果你朝着目标射击，那么物理学家很容易就能根据子弹离开枪管的角度和动量来预测它将击中靶心的哪一部分。这是因为靶场几乎就是个线性系统，其整体行为是由自身组成部分的相互作用以单向的方式确定的。但是你没法确定电子在绕原子旋转时候的确切位置，也没法确定明年飓风是不是会袭击纽约。这是因为就像所有的自然过程一样，天气和原子并不能由自身的初始条件可靠地加以确定，而是由系统反馈给自身组成部分的交互时产生的行为所确定的。换句话说，它们是复杂系统。
根据物理学家的说法，复杂系统可以通过其状态来表征，而这些状态，是由具有一定范围可能值的变量来捕捉的。比方说，在量子系统里面，粒子的状态可以用波动函数来描述，而这个波动函数需要知道粒子的位置，动量，能量和自旋。对于更大一点的系统（比方说我们自己），我们的状态涵盖了我们身体各个部位的一切位置和运动，大脑的电化学状态，器官的生理变化等。从形式上来讲，系统的状态对应于其在可能状态空间中的坐标，不同的变量有不同的轴。
随着时间的推移，实际上一切都应该会变得更加随机，分散和无序。那么到底发生了什么呢？
物体在这个空间里面的移动方式要取决于它的李亚普诺夫函数。这是一个描述系统在特定条件下可能会有什么样的行为的数学量。作为特定状态的函数其返回的是处在该状态下的概率（或者换句话说，作为该系统中状态空间所处位置的函数，，类似于气压是在被测量点的空气分子密度的函数。）。如果我们知道系统每一状态的李雅普诺夫函数，我们可以写下它从一种状态流转到下一状态的情况——从而用这种流动归纳出整个系统的存在。这就好比如果知道山脉的每一位置的高度的话，就能够知道水流经其表面时会如何流动。山的地势就代表了李雅普诺夫函数，水的流动则描述了系统如何随着时间演变。
复杂系统的一个重要特征，是似乎它们在利用自己的李亚普诺夫函数越来越朝着可能的状态逼近。也就是说，函数返回的数字越来越小。反过来，这意味着此类系统倾向于仅占据少数几种状态，而且，这些状态倾向于反复频繁出现。再用高山流水的类比，流水总要往低处走最后流入大海，然后蒸发再被雨云回收给高山。或者，你也可以拿自己的身体为例：你的温度总会保持在一定范围之内，心脏总会有节奏地跳动，你要不断地呼气和呼气——而你可能每天或者每周都有自己的例行公事。
这种重复的，自组织的行为的显著之处在于，它跟宇宙通常的行为正好相反。随着时间的推移，万物实际上应该会变得更加随机、分散、混乱。这就是热力学第二定律——世间万物都会趋于混沌，而且熵往往会增加。那么这里面到底发生什么了？
我们不过是“怪圈”？
复杂系统是自组织的，因为它们具有吸引子。吸引子是互相强化状态的循环，可让过程达到稳定点，这不是靠失去能量直到停止下来，而是通过所谓的动态平衡来实现。一个直观的例子就是体内平衡。如果你被捕食者吓了一跳，你的心跳和呼吸就会加快，但是你会自动采取措施使得心血管系统恢复到较平静的状态（遵循所谓的“或战或逃”反应）。每当脱离了吸引子时，都会触发思想、感觉以及动作的流动，最终会把你带回到你熟悉的吸引状态周期。就我们人而言，我们对身体和大脑的所有激励都可以描述为朝着我们的吸引子，也就是朝着我们最可能的状态发展。
按照这种观点，人类只不过是哲学家道格拉斯·霍夫施塔特（Douglas Hofstadter）所说的“怪圈”。我们所有人都在庞大的，高维的状态空间里面流动，它具有多种可能性，但是我们的吸引子会迫使它们在有限的范围内运动。我们就像秋天的一片落叶；在湍流的漩涡当中找到了一条没有终点的轨迹，然后认为那条轨迹就是整个世界。把我们自己描述成怪圈似乎过于沉闷——但这对于自然界任何有着一系列吸引状态的复杂系统（就比如你我）来说，这具有深远影响。
每接受一次新体验，你的机体都会进行推理，从而让发生的事情适应一种熟悉的模式
总的来说：我们已经看到，包括我们在内的复杂系统，在我们的精确描述我们自身过程的李亚普诺夫函数的范围内存在。此外，我们知道我们所有的过程，所有的思想和行为（如果存在的话）肯定会减少我们的李亚普诺夫函数的输出，从而把我们推向越来越可能出现的状态。那么，这个过程的实际情况会是什么样的呢？此处的诀窍是要了解李亚普诺夫函数的性质。如果我们了解这个函数，那么我们就能够知道是什么驱动着我们。
事实证明，李雅普诺夫函数有两个揭示性的解释。第一个来自信息理论，该理论称李雅普诺夫函数是令人惊讶的——也就是说，处于特定状态是不可能的。第二个来自统计数据。统计数据表明，李雅普诺夫函数是（负）证据——也就是说它是特定解释或者对这一状态给出解释的正确可能性的概率（边际可能性）。简而言之，这意味着如果我们存在的话，我们就必须借助减少意外来增加我们的模型证据或自我证明。有了这些解释，我们现在就可以为生存性的动态赋予目的和目的论。
说到现在，我们现在就可以讨论推理了，也就是找出可以解释我们称之为“世界”的系统的受观测状态的最佳原则或假设的过程。就技术而言，推理需要对有关世界模型的证据最大化。因为我们有这个义务对证据进行最大化，我们基本上是以自己做为模型来对这个世界进行推理。这就是为什么每当你有了新的体验时，都会进行某种形式的推理，尝试把正在发生的事情调整为自己熟悉的模式，或者调整你的内部状态来考虑这个新的事实。这跟统计学家经历的过程类似，有时候他得决定是否需要引入新规则来解释疾病传播或银行倒闭，而这应该会对自己如何对经济进行建模造成影响。
现在我们可以看到为什么吸引子会如此重要。一个有吸引力的状态意外很少证据很多。因此，复杂的系统会陷入到熟悉的，可靠的周期之内，因为这些过程必须参与到支撑其自身存在的原则的验证之中。吸引子会将系统推向可预测的状态，从而强化了系统针对自身世界所生成的模型。这种意外的最小化，自我证明，推理性行为的失败，会意味着该系统会进入到意外的陌生状态——直到它不再以任何有意义的方式存在。吸引子是通过推理来召唤自己成为存在的过程的产物。换句话说，吸引子是活着意味着什么的基础。
存在必然需要推理
就对上述表述的接受程度而言，你现在应该了解到包括生物在内的复杂系统最终都会有通缩的倾向了吧。任何反复占据特定状态的过程（就像你我），由于其自身的存在，都必须进行推理。
但这如何说得过去？你几乎肯定不会从推理的角度去思考进化或自然选择的过程吧？实际上，这正是当今的理论神经生物学所发现的解释。比方说，事实证明，自然“选择”有机体的生存和繁殖能力的方式就是基于推理的。不妨把螃蟹种群作为这样的系统，而个体聚合的特征或表型就是“状态”。这些螃蟹可以有大小不同的爪子，它们的壳有的硬有的软，有的螃蟹眼睛在水面上看得更好，有的在水下看更好。这种不同的表型构成了关于“行得通”的多种假设。每一个个体都是应该占据这个生态位的一个假设或模型，并且必须在环境的压力下为了选择而进行竞争。
鉴于进化是一个复杂系统，因此它也必须是自我证明的——也就是说，它会始终“选择”越来越有可能占据其生态位的生物。大爪子之所以一直保留下来，因为有了它更容易捕获猎物。坚硬的贝壳可能有助于抵御掠食者；具备视力可能会让海洋生物在食物最丰富的地方发现食物更容易。因此，适应的适合性无非就是在自身环境中发现一种表型的边缘可能性。换句话说，它的生存只不过是证明了自己是所在生态位的一个好模型的证据罢了。
病毒也具备推理过程的一切自组织动态。但是它不具备素食者的相同特质
同样的思路应用到意识上，说明意识也必须是推理的过程。意识处理是要推断出感觉状态的成因，从而引导这个世界去避开意外。自然选择通过在不同生物之间做出选择来进行推理，而意识通过在同一生物（尤其是生物的大脑）的不同状态之间做出选择来进行推理。有大量的解剖学和生理学证据可以支持这一观点。如果大家把大脑看成是一种自证的推理器官的话，那么关于大脑的解剖学和生理学的几乎每一个方面似乎都是为了最大程度地减少意外。比方说，关于某个东西在哪里以及在不同的地方有什么东西，我们的大脑是用不同的区域来表示的。这是有道理的，因为知道某个东西是什么通常并不能告诉你它在哪里，反之亦然。对“外面”世界的因果结构的这种内化，反映出这样一个事实，也就是要想预测自己的状态，你必须有一个内部模型来模拟这种感觉是怎么产生的。
但是，如果意识就是推理的话，这是不是意味着从进化到经济体再到原子，所有复杂的推理过程都是有意识的呢？也许不是。病毒也具备推理过程的一切自组织动态，但显然病毒不具备素食者的相同特质。那它们有什么区别呢？
有意识与无意识生物之别
有意识和无意识的生物之别在于其对动作和时间进行推理的方式。关于此，我的论据部分取决于该系统与世界之间的相互关系。世界对系统施加作用，提供构成推理基础的感官印象。同时，该系统也施加作用于世界，以改变感觉的流向，从而适应自己已经觉察出来的世界的模型。这只是对动作和知觉循环换了一种描述方式而已；比方说，我们去看，我们看见，然后推断接下来更改看什么。
如果行动依赖于推理的话，那么系统必须能够推断其行动的后果。除非你可以猜测可能的结果，否则就不能选择要做什么。但是，这里有一个重要的前提。除非拥有关于自己未来的一个模型，否则生物就无法推断自身行为的后果。它需要知道如果自己做这个而不是那个的话预期会得到什么。比方说，我需要知道（或下意识地进行建模）如果我向左看，向右看或闭上眼睛的话，感觉会如何的变化。但这种对一项行动的后果的感官证据唯有执行动作之后才会获得，因为时间是永不停歇的。
作为时间之箭的结果，能够理解自身未来行动所造成的影响的系统，必须具有一定的时间厚度。它们必须拥有自己以及这个世界的内部模型，从而让它们能够对尚未发生或可能不会发生的事情做出预测。这样的模型厚一点薄一点深一点浅一点都没关系，这主要取决于要向前（predict）和向后（postdict）预测多远，也就是说，要看它们能不能领会自己如果采取不同行动的话事情最终可能会如何收场。具备更加深度的时间结构的系统就能更好地推断自身行动反事实的后果。神经科学家Anil Seth称之为反事实深度。
因此，如果系统具备较厚的时间模型的话，它会推断或选择哪些动作呢？答案很简单：它会最大程度地减少行动之后出现预期的意外。证明来自对我们已经知道的东西的反证：存在本身就需要让意外最小化和自我证明。在实践中，系统如何最大程度地减少预期的意外？首先，它们采取行动是为了减少不确定性，也就是要避免将来可能出现的意外情况（比方说寒冷，饥饿或死亡）。我们几乎所有的行为都可以从这种不确定性最小化所驱动的角度去理解——从对有害刺激缩回的本能反应（比方说掉了一份热食），到观看电视或开车的时候的寻找显著的视觉信息莫不如此。其次，这种系统在这个世界上的行动似乎具有一定的目的性，也就是为了让尚未发生但可能发生的意外降到最低。
我们可以称这种系统为主体或者自我：一种基于有厚度的时间模型主动地，有目的地推断自己的未来的系统。因此，厚时间模型和薄时间模型之间的区别表明，病毒是无意识的。哪怕它们对外部环境的变化做出了推断，也没有体现出对过去的深刻理解或者对未来的长远看法，这些会让他们把尚未发生的意外降至最低。反之，素食者正在以一种有前瞻性和有目的性的方式将意外降到最低，并进行自我证明，而主体的未来前景就变成了其行动选择的固有部分。比方说，如果我们在病毒这个层面上采取行动的话，是可以通过调动葡萄糖储备来本能地应对低血糖的。但是，我们的素食者可能会用更长远的眼光来看待自己，然后开始准备一顿饭。同样地，我们回避了把进化称为意识的问题。自然选择的过程让意外最小化（也就是让适应度最大化），但没有让整个系统的不确定性或预期的意外最小化（也就是说，在替代性的、非达尔文式的进化操作下会有预期的适应度）。
因此，意识与更普遍的自组织过程之间的关键区别似乎是选择的必要性。在无意识的过程当中，这种选择是在此时此地实现的。比方说，在相互竞争的系统之间进行选择（比如进化当中的表型）或引起条件反射（比如简单生物体的趋化性，让它们趋向或远离较高浓度的化学物质）。反之，我们的那种跟意识相关联的选择是并行进行的，但是在同一系统内进行的——这是一套系统可以在不同情况下模拟多个未来，并以取得最不意外的结果为目的来选择动作。意识本身只是捕获这些反事实未来的一种方式，一种有助于主动推理的方式。
从进化到有意识的处理，所有的生物过程都可以看作是推理。
意识作为主动推理在实践上是否有意义？我认为确实如此。从精神病学角度来看，意识状态改变有两种形式。意识水平可能会发生变化；比方说，在睡眠，麻醉和昏迷期间就会。或者，与精神病综合症和精神药物或迷幻药物有关的那种意识状态也可以发生改变。不同层次的意识又跟它们对行动的影响纠缠在一起。简而言之，意识水平降低的标志是缺乏响应能力。试想一下，一个人没有意识，但是却能对刺激做出反应。唯一能引起反应的是反映出此时此地意外最小化的条件反射。反之，一旦这个人醒了，她就可以激发其关于过去和未来的预测机制。在我们的日常生活当中，这表明时间的厚度或深度随着醒睡周期的增加而减弱——也就是说在意识水平和我们所进行的推理的厚度之间存在着映射。从这一点来看，当我们的模型失去了“厚度”并变得像病毒一样“纤薄”时，就会发生失去意识。
作为精神病医生，出于多种原因，我被意识状态改变就是推理改变这种看法所吸引。其中的关键是把精神障碍理解为错误推断的能力。比方说，据统计，错误推断有两种类型：（误报）假阳性和（漏报）假阴性。误报对应于把没有推断为有，比如幻觉和妄想。反之，漏报是把有推断成没有，比如无法识别某物或产生不可能的含糊（比方说，患者经常会提出这样的问题：我是谁？我在往上走吗？ ）。这在临床上就变成了定向障碍以及各种形式的认识不能（痴呆症，各种大脑器质性综合征。）从实用的角度来看，这是一个有用的观点，因为主动推理背后的神经元机制正变得越来越易于理解。
我们比较快速地过了一遍论证。首先，如果要谈论包括有生命的系统在内的复杂系统，我们就必须确定其在活动过程所表现出的必要行为。这一点很容易做到，只需要注意到活着必然存在于一系列频繁出现的吸引状态。这意味着存在一个等同于信息理论当中的（负）自我证明或者意外的李雅普诺夫函数。这意味着从进化到有意识的处理，所有的生物学过程都可以解释为进行某种形式的推理。
如果是这样的话，那么我们在什么时候会唤起意识呢？这里可以提供一个建议，当自我印证具有时间上的厚度或反事实的深度时，思想就应运而生了，这是基于它可以对未来行动的后果做出的推断。思想的存在并没有真正的原因；思想之所以看起来像思想，不过是因为存在本身就是推理过程的终点。我认为，意识绝不比推断我的未来更重要。
译者：boxi。