第一节　欢迎来到过去的世界——生命、脑与意识

在漫长的历史长河中，学者们一直致力于对意识的探索，甚至为了信念不惜燃烧生命。他们得出的观点有些是正确的，有些被时间证明是谬误的。现在，到了21世纪20年代，学者们能够共同接受一个观点：大脑是控制生命活动的中央区域，是产生意识的主要人体结构。

科学已知的最复杂和最迷人的两个结构——大脑中的神经元网络和宇宙中的星系网络具有惊人的相似性。如果我们将宇宙的物质分布图与大脑的神经元分布图放在一起，或者将两者的波动功率图谱进行对比，或者比较大脑的860亿神经元连接与宇宙所包含的1 000亿个星系，那些由普通物质和暗物质组成的弦状细丝构成的宇宙网，和大脑网络一样深邃迷人。生命与意识的起源，和宇宙的起源一样，让科学工作者觉得既迷人，又抓狂。

那么首先就沿着进化的脚步，看一看过去的生命、脑与意识吧……

生命是由更高级的生命创造的吗

进化的起点是无序的物质，进化的产物是生命。人们可能会问：“宇宙是否有一个目的？是否有一种更高级的力量，为了一个更高的目的，而创造了包括我们在内的一切？”

对于生命起源的认知，人类经历了不同阶段。目前在科学界较为广泛接受的观点是，生命起源于海底，由简单的物质缓慢演化而成。

早期地球上的化学反应可能导致了一系列有机化合物的产生。一种仍有争议的观点是，早期大气中的某些成分在闪电下偶然产生了氨基酸，又偶然地结合成了长长的聚合物链时，就提供了生命的基本成分，形成了搭建生命所需的模块。

意识的起源

意识的起源也是一个重要的问题。生命的起源、意识的起源和宇宙的起源，这三个问题不仅在我们的传统文化中被不断地探索，在几乎所有人类的早期文明中都被反复求解,并且还在一些神话中有过懵懂的追寻，比如吃尾巴的蛇象征着永恒的生命开始与终结。

动物的意识是在动物进化的哪一个阶段开始具有的？这恐怕永远都无法准确回答。现代科学研究认为，意识经验与活跃的、移动的动物中复杂行动的实时协调有密切关系,另外，不同的观点认为，意识经验的进化与某些形式的学习联系在一起，特别是对跨越不同感觉模式和跨越时间的微妙关系的学习，可以被简称为无限联想学习。有趣的是，这两种观点都认为最为基本的意识出现与距今5亿年前的寒武纪大爆发相关。无论哪种观点，目前的解剖和分子研究指明，意识是大脑中原子和分子相互作用的产物。在后面，我们将很快谈到意识的综合信息理论，这是一种从数学视角对意识的理解。

大脑为什么要这么复杂

虽然在某些神话和古老的文明中，语言、思考和情感的功能是被归因于心脏的，但现代科学更接受大脑才是生命的总控中心，才是意识的载体。人脑是已知宇宙中最复杂的器官。

人脑中有超过860亿个神经元，神经元之间又相互连接成了数万亿个突触。大脑皮层是大脑的重要部分，这是一片薄薄的挤满了神经元的组织，构成了大脑高度折叠结构的最外层。大脑皮层最有可能是意识的物理基石。

大脑这个约重1.4千克的器官负责我们的智力、感觉，并启动身体运动，存储记忆。

熵增与生命

矛盾总是存在的。在物理学定律中，热力学第二定律描述了一种与大脑和生命相反的必然现象。热力学第二定律表明：热量是不可能自发地从低温物体转移到高温物体上的，一个孤立系统的总混乱度不会减小，即世界有趋向混乱的倾向。

混乱程度的度量被称为“熵”，熵越大代表混乱的程度越高。在物理模型中，没有外部的能量，系统处在一个不断“熵增”的过程。生命与意识似乎打破了这一定律，生命可以在相当长的时间里维持低熵，甚至是熵减。在21世纪20年代，在熵的定义下对意识与生命的研究仍在艰难前行，包括目前最新的自由能原理与意识的表征理论。

简而言之，“熵增”——世界的尽头是走向寂灭；“熵减”——大脑存在的目的是降低生命体的熵。

生命，对抗熵增！

生命与熵增原理相违背！在生物体或短暂或漫长的生命历程中，绝大多数时间它的熵都是减少的，并且这种熵减的状态贯穿了生命发育的前期和中期，甚至是中后期。仅仅当生命体面临死亡威胁的时候，这种状况才被打破——死亡意味着生命体的熵显著地、急速地增加，往往不可逆地增加。

那么这与热力学第二定律相违背吗？生命要做到自身熵减，就必须通过信息与决策体系计算出适当的行为，通过行为获得能量、规避天敌，以维持熵减。而这种对信息获取与准确决策的需求，促使了进化中大脑与意识的产生。

麦克斯韦妖

好玩的是，在物理世界里，逆熵增也是可能发生的——一个小小的“恶魔”就可以违反热力学第二定律。在20世纪的一个假想实验中，一个恶魔控制着两个气室之间的门。它不断将速度较快的分子放入第一个气室，而将速度较慢的分子放入第二个气室。一段时间后，第一个气室的温度就会比第二个气室高。这个被称为“麦克斯韦妖”的恶魔违反了热力学的第二定律，这就是生命最基本的样子了。

这又引发了另一个悖论。如果说意识保证了生命体的熵减，而熵减恰恰正是意识和生命的核心，也就是说意识产生了意识。这对吗？

利用信息的循环过程

在意识与熵减之间，无论是为了对抗时间的流逝所带来的熵增，还是寻求有利于自身繁育的熵减，生命都需要循环往复地完成这项工作：采集信息—>做出抉择—>采取行动—>反馈学习。通过反馈学习，生物体不断优化自己的行为模式。在躲避天敌或者追求伴侣的时候，这种对信息的循环处理过程也大致类似。

这种反馈学习的过程，在生命和意识研究的范畴内通常被称为强化学习。目前，主流的通用学习模型都可以出色地完成很多工作，例如可以下围棋的人工智能算法围棋初代（AlphaGo）的核心算法就是多层强化学习。那么在你看来，围棋初代算法有意识吗？

意识的综合信息理论

究竟什么才是具有意识的，这个问题很难，人们一直试图对意识进行定义、计量，也提出了不同的理论。在21世纪20年代这个时间节点上，心理学中被热烈讨论的是称为综合信息理论的系列研究，也被简写为IIT理论（integrated information theory）。

综合信息理论是一种具有独特视角的意识理论，该理论认为意识是对信息的整合，要对意识进行衡量，这取决于对整合信息值Φ的度量。当整合信息值超越了它的各个组成部分的信息总和之后，意识就产生了。依据综合信息理论，即使最简单的指示设备，由于也具有一定程度上的信息整合功能，那么也具有意识，这遭遇了广泛的批评。