龚能：人何以为人——意识的生物基础

来源：新浪科技综合 发布时间：2019-04-02浏览：1906次

龚能：人何以为人——意识的生物基础

　　猴子与高级认知

　　尊敬的各位校友，我是98级少年班和生物系的龚能，今天很荣幸做这个报告，也很有压力。组委会让我讲人从哪里来要到哪里去？这个题目压力很大。 我今天斗胆结合自己的工作，跟大家分享一下《人何以为人》这个主题，我虽然我的题目叫人何以为人，但其实我是研究猴子的，不是研究人的。我来自中科院神经 科学研究所，我们单位还有一个名字叫中科院脑科学与智能技术卓越创新中心，因为现在中国把大脑的脑计划和人工智能放在一起研究，我们所和北京自动化所在一 起成立智能技术卓越创新中心，希望脑科学和人工智能技术有交互启发。我们所里有两个很大的灵长类的平台，一个是猕猴平台，我们平台的研究员孙强他的团队在 世界上首次得到了体细胞克隆的猴。

　　另一个是由我管理的平台，模型是狨猴，这种猴子非常小，可以抱在手指上。它的原产地在南美巴西。我们通过猴子模型，目的是研究人类高等的认知功能，看看猴子到底具备哪些人类具备的高级认知功能。

　　前面说了题目《人何以为人》，大家应该都没有疑问，为什么人是高等动物，一定是因为我们的大脑。我们没有鸟飞得高，没有老虎跑得快，没有鱼会游 泳，但是还是高等的动物，是大脑决定的。常规的小鼠大脑有7100万个神经元细胞，小狨猴有6亿个神经元的细胞，跟孙悟空一样的猕猴有63亿个神经元细 胞，而人类大脑的神经元细胞，按照10倍10倍的数量级增加——有800多亿个神经元细胞，这些神经元细胞构成了人类复杂的认知功能。人类大脑的功能分几 个不同的层次，首先有视觉、嗅觉、感觉，我们可以感知外界的信息，有这些信息输入之后，针对输入我们可以进行反应，有天敌过来了我们要逃跑。这种感觉和运 动的基本能力所有动物都拥有，是生存所必须的能力。人类有高级认知功能，会讲话，有语言，有社会，有家庭，有各种各样高级能力，所以现在人类最主要的问题 是什么是意识。

　　在Science杂志125周年，提出来125个大科学问题，排名第一的是宇宙是怎么组成的，排名第二的是人类意识的生物基础是什么，大家都没有答案。所以说意识研究是我们研究大脑的终极目标。

　　意识是怎么产生的？

　　还是猴子的问题，人类有很多高等认知功能，比如说语言，除了人类之外，没有别的动物有语言的能力，对于生物学家来说，就需要研究，我们相信所有 能力都有进化的过程，我们从进化当中追根溯源，这样便于找到人类高等脑功能的起源和它的神经机制，我们想人类的很多行为是不是具备唯一性。

　　比如常规我们照镜子，有自我意识，有家庭、社会，有共情，同情心，有语言的交流，这些是不是人类唯一具备的能力？还有更复杂的，比方说我们可以 使用货币、工具、文化艺术、战争，各种情绪，我们可以补充人类各种各样的高级功能，这些是不是人类唯一的特点？如果以狭义来看，定义人类的语言，或者人类 某种艺术，当然是人类特有的，但是我们可以更广义的来看，像这些语言，比如说鸣禽会唱歌，通过歌声交流。很多动物有群落，广义上人类没有一个行为是唯一性 的，我们一定可以在什么其他动物上找到归根溯源的起源。这是为什么我们研究猴子的目的，因为猴子是我们研究大脑起源的一个途径。

　　我们实验室研究猴子的自我意识，家庭社会关系，还有语言。下面就这三个方面，结合我们实验室工作给大家做一个介绍。

　　自我意识

　　首先什么是自我意识？我就是我，这好像是一个哲学问题，并不是科学问题。但是我们生物学里面有一个实验，怎么样判断这个人或者这个物体，是否具 备自我意识，在四五十年以前科学家想了一个办法：进行一个测试——标记测试。小孩脸上涂了颜料，看镜子的时候，发现脸上一个颜色，会对着镜子检查颜料，代 表他会照镜子，他知道镜子里是自己，这是标记测试。这是目前唯一一个检测自我意识的办法，这个实验有局限性，但是没有更好的办法。

　　科学家们根据这个办法，然后看动物是不是有这个自我意识，饲养员给红猩猩脸上涂颜料，当它看到镜子的时候，会用手去摸头上的颜料，代表猩猩通过 了这样的测试，可以认为类人猿具备自我意识。还有另外一个类人猿对着镜子，摸自己的头发、脸、鼻子等等，好像会照镜子。目前科学界里面公认，人类和少数类 人猿是公认具备自我意识的物种，这是一个非常高等的能力。除了人和类人猿之外，别的动物是不是有（自我意识）呢？科学家们做了很多试验，比如这是一只亚洲 象，大象其实是非常聪明的物种，但是腿很粗，不可能用腿摸脸，它可以用鼻子触摸脸上标记，它会用鼻子拍脸上的记号，但目前世界上只有一只通过测试的大象， 所以大象是否有自我意识生物学上缺乏重复，有争议的。

　　另外海豚也是公认的非常聪明的物种，海豚没有手，没有办法做标记测试，但是它在镜子前摇头晃脑，做各种各样的动作，好像照镜子一样，显得海豚也 会照镜子。还有鸽子，就是鸟类，鸟类是非常聪明的。鸽子会用嘴啄身体上的记号，变相的标志着它也通过了测试。这些动物都有报道，但是都是个例，没有重复 性。

　　对于生物学来说，我们更关心猴子和类人猿，因为猴子和人是一样的，我们是在一支上进化的，通过研究猴子，可以研究我们人类大脑是怎么工作的。科 学家们最关心还是我们常规的猕猴是不是具备自我意识。猕猴捡到一面镜子，一看吓一跳，它会以为是另外一个猴子，我们一般认为猕猴是不会照镜子的，不知道里 面是它自己。从这个测试出现开始，在过去五十年里面，在比较心理学这个领域里面猴子到底会不会照镜子，有没有自我意识是很重要的问题。这对研究人的大脑进 化是非常重要的，但是科学家们找了很多办法都没有成功，以前一直公认猴子没有自我意识，但是我们是猴子实验室，我们想到如果猴子没有自我意识是不合理的， 因为从猴到类人猿到人类，为什么会突然断掉呢？在进化上怎么往前追溯呢。于是我们设计了一个办法，叫视觉感觉偶联训练，这个训练很简单，我们把猴子放在镜 子前，它坐在这里，拿一个激光笔，但是和我手里的激光笔有点不一样，那个光具有高能量，这个光打在猴子脸上会感觉痒，往脸上一照它会用手挠痒，前面放一面 镜子，让猴子坐在那边训练，我用激光笔照它脸，它会挠激光点。同时镜子里的猴子也在挠点，猴子训练以后会建立自己和镜子里面猴子的关联，只要看到点就挠， 训练一个月以后，我们把激光笔换成普通的激光笔，普通的光点，这个光点不具备能量，它脸上没有感觉，也不会觉得痒，再照，猴子会根据镜子里的成像去摸脸上 的光点，代表它已经学会了镜子跟自己对应的关系，通过这样的视觉偶然训练来判断它是否具有自我意识。

　　实验中光点一照猴子，它开始摸，摸了以后给它食物奖励。这个训练里面，它依赖于感觉去摸点，不是学会的，但它学会以后，把激光笔换成普通激光笔 它就会做了。学会了关联以后是不是就会照镜子了？刚刚文章发表以后科学界反响很大，觉得我们解决了一个大家没有解决的问题，但是这个领域里面很多专家质疑 我们，你们这个实验有问题的，激光笔照猴子脸它有感觉，诱导它摸自己脸，形成条件反射不停地摸脸，不一定代表它真正学会照镜子。

　　为了回应这个问题，我们设计了另外一个方案，叫视觉本体位置偶联训练，这个名字听起来比较复杂，其实很简单，我们这个时候只用低功率激光笔，不 用高功率，是没有感觉介入的，另外不照在猴子脸上，我们在猴子脸旁边放一个纸板，激光笔照在纸板上，这个时候训练这个猴子根据这个镜子去摸纸板上的点，我 们不再训练它的身体，默认猴子不会用镜子，我们现在教它怎么用镜子，教他会用镜子，当这个猴子学会用镜子之后就表示有自我意识，这是我们另外一个方案。实 验中它会对着这个镜子摸旁边的点，它摸得很准，这是很难的，你们可以试试看，人都不一定做得到，很难。它如果学会，代表它对镜子的使用非常充分，知道怎么 用镜子，表示它具有这样的能力。

　　训练过的猴子会干什么事情？这非常重要，因为这等于是标记测试，在猴子脸上涂上颜料进行测试。这是近五十年来第一次有猴子可以通过标记测试。猴 子脸上涂了颜料，一看赶紧摸，摸完以后闻一下是什么东西，看一看手指。这边是绿色颜料，它先看看，再摸一下，闻一下什么东西，这和人的表现非常像，黑色颜 料也是这样。我们用激光笔训练，检测的时候猴子表现很好。

　　这里有一个问题，猴子和我们人类一样，我们人会对着镜子梳妆打扮，很常规的反应。猴子也一样，比如说这个猴子可能长这么大，从来没有看见自己的 屁股，它看不见，现在会照镜子了，会不会通过镜子看身上自己看不见的部位？它会不会用镜子摸摸脸、摸摸牙齿等梳妆打扮。经过训练的猴子会摸摸脸上的毛，摸 摸鼻子，摸摸牙齿，它会照镜子梳妆打扮了，这是很典型的在照镜子的行为。

　　实验中因为猴子从来没有见过屁股，所以会对着镜子看看自己的屁股。我们在世界上第一次证明猕猴是会照镜子的，具备自我意识。我们做了很多排除实 验和对照实验，大家会问一个问题，猴子摸这个标记，是真的会照镜子，还是学会了一个规则。比如我看见你，我跟你面对面，我看见你脸上有颜料，我也会摸我自 己的脸，这是很简单的规则。为了排除这个可能性，我们做一个实验，我们拿玻璃板，把两只脸上都涂了颜料的猴子隔开，如果学会的是规则，它会摸自己的脸。如 果没学会规则，知道是玻璃板，它会和另一个动物有交流。我们可以看到它们之间是在交流，并没有摸自己的脸。但是把玻璃板换成镜子，它开始摸脸了，这个实验 我们证明训练过的猴子确实学会了照镜子，它知道镜子里面是自己，能够分辨是别的猴子还是自己，代表一种自我意识的体现。

　　这是一个行为实验，这个实验更大的意义在什么地方呢？以前大家认为在进化里面，人类有几百万年认知的缺陷，里面有几百万年的空白，在这几百万年 里面，人类的高级脑功能是突然之间出现的，不知道怎么出现的，进化上没有起源。首先第一点这个实验告诉我们，在进化上是有起源的，从猕猴开始具备自我意 识，以前猕猴不会用镜子，现在会用镜子了，表现出有自我意识。另外，更重要的意义在于我们可以让一个猴子，从无到有表现出自我意识来，可以对猴子的大脑环 路做功能磁共振或者电生理检查，对猴子大脑进行实时的观测。我们从刚开始到训练完成全过程进行监测，会知道猴子学会照镜子之后大脑发生的变化，知道大脑里 面哪些环路和脑区负责自我意识的产生。这对意识神经机制的研究是很好的模型，但是这个实验非常难，对清醒的猕猴做这样的大脑记录非常困难，我们现在还在解 决这个问题，希望几年以后有这个成果。

　　语言

　　还有语言，猴子并不太会讲话，声音非常少，主要靠动作，能否用猴子研究人类的语言？以前语言学家都是用鸟来研究语言机制，鸣禽之间通过唱歌来交 流，怎么用猴子研究这个事情呢？我们把语言的特性进行分解，语言怎么组成的，第一，语言要有词汇量，需要掌握足够多的词汇量，第二是语法，我们要用语法把 不同的词汇组成句子，比如说我要吃苹果，语法让词汇组成有无限多的可能性。第三有音调，比如说升调代表疑问，降调代表肯定，所以我们可以把语言分成不同的 成分，既然猕猴很少叫，我们可以研究序列，给它做一个任务，用手来指序列，这个序列代表不同的语法。

　　我们所里的王立平研究员今年发表的一项工作，他让猴子学序列。先是点A、B、C，反过来又是A、B、C，这个时候A、B、C反过来C、B、A， 就是去学会序列的重复和序列的镜像，你可以学会序列，序列代表语法的能力，这个实验第一次证明猕猴会嵌套性的序列，接下来同样可以做核磁实验，做大脑机制 的实验，研究猕猴为什么会具备这样的能力。这只是一个例子。

　　我自己主业是研究狨猴，不是猕猴，狨猴的特点是非常小，生活在巴西雨林里面，狨猴互相之间看不见，它们在树上靠叫声交流，狨猴叫声和鸟类差不多，非常丰富，唧唧喳喳的，所以狨猴是非常好的研究语言的模型。

　　在狨猴出生后一周，我们对它的声音进行录音，声音非常复杂，没有什么规律，像一个小孩子的哭声，但是出生五周后，声音变得非常有规律。所以它的 发声是需要学习的，当它的父母给狨猴回应，给他回应越多，声音成熟过程越快。狨猴小孩确实在听，听父母给它的回应，听得越多，声音成熟越快，它在学习这个 语言。我们现在有很多像这样的工作，我们跟中科大，科大迅飞进行合作，进行语音的分析和识别，进一步研究狨猴怎么样学习语言、分析语言。如果狨猴可以作为 研究语言的模型，当然比鸟好，因为狨猴的大脑结构基本和人类一样，可以用它研究大脑处理语言的神经基础。

　　目前发现一个基因FOXP2，这个基因发现于语言障碍的病人家系，这是目前发现的唯一一个最重要的、与人类语言相关的基因，这个基因有一个特 点，从啮齿类到非灵长类，到猴和类人猿都是保守的，唯独到了人类发生了两个突变。我们自然有一个想法，如果把猴子里面的FOXP2，突变成人类的 FOXP2，当猴子具备人类的基因之后会怎么样，会做什么事情。我觉得会说话不太可能，太天方夜谭了，但是也许会获得某些语言能力，比如说获得更强的序列 分析能力或者更强的语音能力。我们现在在做狨猴的转基因，基因编辑的工作，我们想制备一个表达人类的FOXP2基因的狨猴，看看基因对语言的进化和起源有 什么影响。

　　社会关系

　　最后一部分我们讲，人类有自我意识和语言，还有同情心。那么动物到底有没有同情心？看社会新闻里面，看两只 小狗其中一只死了，另外一只抱住它，很多这样的新闻。但是这个有一点把动物进行拟人化的描述，科学上到底动物是不是有共情心，是有争议的，不太确定，但是 人类是有共情和同情心的，人类看你很痛苦，我也很痛苦，我会想着去帮你。

　　中国的猕猴，是有一个猴王，一个公猴猴王带上几十个母猴，组成大的社会群体，母猴自己生孩子带孩子，公猴不管小猴子，是一个父系社会。但狨猴是 高度家庭化的，是一夫一妻，父母合作带孩子的，家里有兄弟姐妹，兄弟姐妹帮父母带孩子。这是一个和人类很像的社会结构，狨猴提供了一个很好的研究社会关 系、家庭关系、家庭内部组成的动物模型。

　　这个实验中，我们把狨猴家里的孩子关在水池对岸，大家猜狨猴的父母会不会跳过去救自己的孩子？结果很明显，当孩子岁数小于一个月的时候，父母会 非常拼命跳过去，宁愿掉水里也要把孩子救回来，当孩子大于两个月，孩子在对岸，父母就不管了，随便你怎么弄。不管你了，我也不看你了，狨猴内部家庭结构的 组成和人类家庭很像的关系，比方说有母性行为，对孩子关心，对配偶关心，我们有很多数据，我们不能一一展示，还有核磁成像结果，猴子为什么救自己的孩子， 为什么有年龄依赖性。

　　还有一个结果很有意思，当猴子自己家里有小孩子的话，它也会救别人家的孩子，自己没有孩子，也不会救别人家的孩子，这是母性，是很通用的规则， 我们想利用狨猴或者猕猴研究人类各种高级脑功能，人类行为其实没有什么特别的，没有什么是唯一的，我们在进化里面一定能找到一些起源和机制。

　　最后，因为主办方给我一个任务，讲人类未来怎么样，我提一个话题，待会儿圆桌讨论可以讨论这个话题。刚才我们讲，中国第一个制备出克隆猴，中国 也是第一个制备出基因编辑猕猴的国家。这个实验是我们所里另一个工作，我们制备出世界上第一个自闭症转基因猴模型，所以说中国在基因编辑、在转基因上面在 世界上有非常领先的技术，中国、欧洲、美国都有很多公司大家在努力，把基因编辑技术包括干细胞技术用于人类，我想这个技术以后必然会用于人类。但是今年有 一个师兄，让基因编辑技术背了黑锅，现在社会上都认为基因编辑技术是妖魔化的技术，他没有在经过很好伦理保护的情况下，实验也并不合理的情况下面，他第一 个做出基因编辑婴儿，这个事情肯定是不对的，他没有伦理保护，实验也不合理。我觉得在合理的保护情况下，基因编辑技术以后一定会用于人类。我们不一定说靠 技术造出一个超人，但是可以利用技术治疗人类疾病，包括大脑疾病，这是很重要的方向。

　　脑科学与人工智能

　　第二部分讲一下脑科学和人工智能，大家知道AlphaGO，围棋已经战胜人类了，作为人工智能精准大数量学习，绝对是人类不可比拟的，随着神经 科学的发展，对大脑活动了解的越清楚，大脑的活动规律可以反过来用于人工智能的深度学习，让人工智能可以自主学习，这样可以有更强的能力做这件事情。但是 AlphaGo再厉害，他不能自己把棋子拿起来放桌子上，他做不到，还需要人来做，我们人类可以拿起一个棋子，或者端起一杯水，再放桌子上，这些事情看起 来很简单，但是在人工智能领域很困难，我们的手能随时感应东西的重量，感应杯子里水的多少，平稳放桌子上，这个过程非常精细的过程。还有一个方向，是脑机 接口，当人类对大脑的活动有足够多的解码、认识以后，我们需要用大脑去实现更多，比如残疾人控制机械手，怎么让机械手做的跟人手一样，感觉一样灵敏、又很 精确的控制，是一个很难的问题。

　　另外一个是禁忌的话题，当我们前面做猴子实验，让猕猴会照镜子以后，我们跟北京智能化所的同事是做机器人的，他教机器人照镜子。我想在座的做机 器人人工智能的专家知道，机器人能不能有自我意识，是非常敏感的话题，非常禁忌的话题。当机器人具备自我意识以后，机器人要生存，是不是会威胁到人类，这 是个很敏感的话题，是可以讨论的方向，机器能不能具备意识？

　　最后这个话题在生物学会议上是不能讨论的，是非常禁忌的话题。我们做科学、生物学，事实客观规律就在那里，我们的任务是为了用方法发现这个事物 的客观规律，这是我们生物学的科学的基本唯物主义的观点。但是越来越多的理论，认为意识可能是量子力学的现象，比如说薛定谔的猫，宏观叠加的效应，不知道 猫是死是活，你必须依赖于你的观测。一个通俗的例子，我进来一个黑的房间，房间是黑的，我什么都不知道，我的意识告诉 我，我需要用我感官，视觉、听觉、嗅觉、触觉，感受这里面的变化，比方说我听见一声猫叫，我知道这里面可能有一只猫，这个我形成一种意识，但是下一步确定 是不是还有猫，我要开灯看一下是不是有。跟量子力学里面观测一样，我们人体各种感觉器官是一种观测的办法，当我观测了形成结论和意识，这也是很敏感的话 题。关于这个话题我没有个人观点，但是可以来探讨。