龔能：人何以為人——意識的生物基礎

來源：新浪科技綜合 發布時間：2019-04-02瀏覽：2318次

龔能：人何以為人——意識的生物基礎

　　猴子與高級認知

　　尊敬的各位校友，我是98級少年班和生物系的龔能，今天很榮幸做這個報告，也很有壓力。組委會讓我講人從哪里來要到哪里去？這個題目壓力很大。 我今天斗膽結合自己的工作，跟大家分享一下《人何以為人》這個主題，我雖然我的題目叫人何以為人，但其實我是研究猴子的，不是研究人的。我來自中科院神經 科學研究所，我們單位還有一個名字叫中科院腦科學與智能技術卓越創新中心，因為現在中國把大腦的腦計劃和人工智能放在一起研究，我們所和北京自動化所在一 起成立智能技術卓越創新中心，希望腦科學和人工智能技術有交互啟發。我們所里有兩個很大的靈長類的平臺，一個是獼猴平臺，我們平臺的研究員孫強他的團隊在 世界上首次得到了體細胞克隆的猴。

　　另一個是由我管理的平臺，模型是狨猴，這種猴子非常小，可以抱在手指上。它的原產地在南美巴西。我們通過猴子模型，目的是研究人類高等的認知功能，看看猴子到底具備哪些人類具備的高級認知功能。

　　前面說了題目《人何以為人》，大家應該都沒有疑問，為什么人是高等動物，一定是因為我們的大腦。我們沒有鳥飛得高，沒有老虎跑得快，沒有魚會游 泳，但是還是高等的動物，是大腦決定的。常規的小鼠大腦有7100萬個神經元細胞，小狨猴有6億個神經元的細胞，跟孫悟空一樣的獼猴有63億個神經元細 胞，而人類大腦的神經元細胞，按照10倍10倍的數量級增加——有800多億個神經元細胞，這些神經元細胞構成了人類復雜的認知功能。人類大腦的功能分幾 個不同的層次，首先有視覺、嗅覺、感覺，我們可以感知外界的信息，有這些信息輸入之后，針對輸入我們可以進行反應，有天敵過來了我們要逃跑。這種感覺和運 動的基本能力所有動物都擁有，是生存所必須的能力。人類有高級認知功能，會講話，有語言，有社會，有家庭，有各種各樣高級能力，所以現在人類最主要的問題 是什么是意識。

　　在Science雜志125周年，提出來125個大科學問題，排名第一的是宇宙是怎么組成的，排名第二的是人類意識的生物基礎是什么，大家都沒有答案。所以說意識研究是我們研究大腦的終極目標。

　　意識是怎么產生的？

　　還是猴子的問題，人類有很多高等認知功能，比如說語言，除了人類之外，沒有別的動物有語言的能力，對于生物學家來說，就需要研究，我們相信所有 能力都有進化的過程，我們從進化當中追根溯源，這樣便于找到人類高等腦功能的起源和它的神經機制，我們想人類的很多行為是不是具備唯一性。

　　比如常規我們照鏡子，有自我意識，有家庭、社會，有共情，同情心，有語言的交流，這些是不是人類唯一具備的能力？還有更復雜的，比方說我們可以 使用貨幣、工具、文化藝術、戰爭，各種情緒，我們可以補充人類各種各樣的高級功能，這些是不是人類唯一的特點？如果以狹義來看，定義人類的語言，或者人類 某種藝術，當然是人類特有的，但是我們可以更廣義的來看，像這些語言，比如說鳴禽會唱歌，通過歌聲交流。很多動物有群落，廣義上人類沒有一個行為是唯一性 的，我們一定可以在什么其他動物上找到歸根溯源的起源。這是為什么我們研究猴子的目的，因為猴子是我們研究大腦起源的一個途徑。

　　我們實驗室研究猴子的自我意識，家庭社會關系，還有語言。下面就這三個方面，結合我們實驗室工作給大家做一個介紹。

　　自我意識

　　首先什么是自我意識？我就是我，這好像是一個哲學問題，并不是科學問題。但是我們生物學里面有一個實驗，怎么樣判斷這個人或者這個物體，是否具 備自我意識，在四五十年以前科學家想了一個辦法：進行一個測試——標記測試。小孩臉上涂了顏料，看鏡子的時候，發現臉上一個顏色，會對著鏡子檢查顏料，代 表他會照鏡子，他知道鏡子里是自己，這是標記測試。這是目前唯一一個檢測自我意識的辦法，這個實驗有局限性，但是沒有更好的辦法。

　　科學家們根據這個辦法，然后看動物是不是有這個自我意識，飼養員給紅猩猩臉上涂顏料，當它看到鏡子的時候，會用手去摸頭上的顏料，代表猩猩通過 了這樣的測試，可以認為類人猿具備自我意識。還有另外一個類人猿對著鏡子，摸自己的頭發、臉、鼻子等等，好像會照鏡子。目前科學界里面公認，人類和少數類 人猿是公認具備自我意識的物種，這是一個非常高等的能力。除了人和類人猿之外，別的動物是不是有（自我意識）呢？科學家們做了很多試驗，比如這是一只亞洲 象，大象其實是非常聰明的物種，但是腿很粗，不可能用腿摸臉，它可以用鼻子觸摸臉上標記，它會用鼻子拍臉上的記號，但目前世界上只有一只通過測試的大象， 所以大象是否有自我意識生物學上缺乏重復，有爭議的。

　　另外海豚也是公認的非常聰明的物種，海豚沒有手，沒有辦法做標記測試，但是它在鏡子前搖頭晃腦，做各種各樣的動作，好像照鏡子一樣，顯得海豚也 會照鏡子。還有鴿子，就是鳥類，鳥類是非常聰明的。鴿子會用嘴啄身體上的記號，變相的標志著它也通過了測試。這些動物都有報道，但是都是個例，沒有重復 性。

　　對于生物學來說，我們更關心猴子和類人猿，因為猴子和人是一樣的，我們是在一支上進化的，通過研究猴子，可以研究我們人類大腦是怎么工作的。科 學家們最關心還是我們常規的獼猴是不是具備自我意識。獼猴撿到一面鏡子，一看嚇一跳，它會以為是另外一個猴子，我們一般認為獼猴是不會照鏡子的，不知道里 面是它自己。從這個測試出現開始，在過去五十年里面，在比較心理學這個領域里面猴子到底會不會照鏡子，有沒有自我意識是很重要的問題。這對研究人的大腦進 化是非常重要的，但是科學家們找了很多辦法都沒有成功，以前一直公認猴子沒有自我意識，但是我們是猴子實驗室，我們想到如果猴子沒有自我意識是不合理的， 因為從猴到類人猿到人類，為什么會突然斷掉呢？在進化上怎么往前追溯呢。于是我們設計了一個辦法，叫視覺感覺偶聯訓練，這個訓練很簡單，我們把猴子放在鏡 子前，它坐在這里，拿一個激光筆，但是和我手里的激光筆有點不一樣，那個光具有高能量，這個光打在猴子臉上會感覺癢，往臉上一照它會用手撓癢，前面放一面 鏡子，讓猴子坐在那邊訓練，我用激光筆照它臉，它會撓激光點。同時鏡子里的猴子也在撓點，猴子訓練以后會建立自己和鏡子里面猴子的關聯，只要看到點就撓， 訓練一個月以后，我們把激光筆換成普通的激光筆，普通的光點，這個光點不具備能量，它臉上沒有感覺，也不會覺得癢，再照，猴子會根據鏡子里的成像去摸臉上 的光點，代表它已經學會了鏡子跟自己對應的關系，通過這樣的視覺偶然訓練來判斷它是否具有自我意識。

　　實驗中光點一照猴子，它開始摸，摸了以后給它食物獎勵。這個訓練里面，它依賴于感覺去摸點，不是學會的，但它學會以后，把激光筆換成普通激光筆 它就會做了。學會了關聯以后是不是就會照鏡子了？剛剛文章發表以后科學界反響很大，覺得我們解決了一個大家沒有解決的問題，但是這個領域里面很多專家質疑 我們，你們這個實驗有問題的，激光筆照猴子臉它有感覺，誘導它摸自己臉，形成條件反射不停地摸臉，不一定代表它真正學會照鏡子。

　　為了回應這個問題，我們設計了另外一個方案，叫視覺本體位置偶聯訓練，這個名字聽起來比較復雜，其實很簡單，我們這個時候只用低功率激光筆，不 用高功率，是沒有感覺介入的，另外不照在猴子臉上，我們在猴子臉旁邊放一個紙板，激光筆照在紙板上，這個時候訓練這個猴子根據這個鏡子去摸紙板上的點，我 們不再訓練它的身體，默認猴子不會用鏡子，我們現在教它怎么用鏡子，教他會用鏡子，當這個猴子學會用鏡子之后就表示有自我意識，這是我們另外一個方案。實 驗中它會對著這個鏡子摸旁邊的點，它摸得很準，這是很難的，你們可以試試看，人都不一定做得到，很難。它如果學會，代表它對鏡子的使用非常充分，知道怎么 用鏡子，表示它具有這樣的能力。

　　訓練過的猴子會干什么事情？這非常重要，因為這等于是標記測試，在猴子臉上涂上顏料進行測試。這是近五十年來第一次有猴子可以通過標記測試。猴 子臉上涂了顏料，一看趕緊摸，摸完以后聞一下是什么東西，看一看手指。這邊是綠色顏料，它先看看，再摸一下，聞一下什么東西，這和人的表現非常像，黑色顏 料也是這樣。我們用激光筆訓練，檢測的時候猴子表現很好。

　　這里有一個問題，猴子和我們人類一樣，我們人會對著鏡子梳妝打扮，很常規的反應。猴子也一樣，比如說這個猴子可能長這么大，從來沒有看見自己的 屁股，它看不見，現在會照鏡子了，會不會通過鏡子看身上自己看不見的部位？它會不會用鏡子摸摸臉、摸摸牙齒等梳妝打扮。經過訓練的猴子會摸摸臉上的毛，摸 摸鼻子，摸摸牙齒，它會照鏡子梳妝打扮了，這是很典型的在照鏡子的行為。

　　實驗中因為猴子從來沒有見過屁股，所以會對著鏡子看看自己的屁股。我們在世界上第一次證明獼猴是會照鏡子的，具備自我意識。我們做了很多排除實 驗和對照實驗，大家會問一個問題，猴子摸這個標記，是真的會照鏡子，還是學會了一個規則。比如我看見你，我跟你面對面，我看見你臉上有顏料，我也會摸我自 己的臉，這是很簡單的規則。為了排除這個可能性，我們做一個實驗，我們拿玻璃板，把兩只臉上都涂了顏料的猴子隔開，如果學會的是規則，它會摸自己的臉。如 果沒學會規則，知道是玻璃板，它會和另一個動物有交流。我們可以看到它們之間是在交流，并沒有摸自己的臉。但是把玻璃板換成鏡子，它開始摸臉了，這個實驗 我們證明訓練過的猴子確實學會了照鏡子，它知道鏡子里面是自己，能夠分辨是別的猴子還是自己，代表一種自我意識的體現。

　　這是一個行為實驗，這個實驗更大的意義在什么地方呢？以前大家認為在進化里面，人類有幾百萬年認知的缺陷，里面有幾百萬年的空白，在這幾百萬年 里面，人類的高級腦功能是突然之間出現的，不知道怎么出現的，進化上沒有起源。首先第一點這個實驗告訴我們，在進化上是有起源的，從獼猴開始具備自我意 識，以前獼猴不會用鏡子，現在會用鏡子了，表現出有自我意識。另外，更重要的意義在于我們可以讓一個猴子，從無到有表現出自我意識來，可以對猴子的大腦環 路做功能磁共振或者電生理檢查，對猴子大腦進行實時的觀測。我們從剛開始到訓練完成全過程進行監測，會知道猴子學會照鏡子之后大腦發生的變化，知道大腦里 面哪些環路和腦區負責自我意識的產生。這對意識神經機制的研究是很好的模型，但是這個實驗非常難，對清醒的獼猴做這樣的大腦記錄非常困難，我們現在還在解 決這個問題，希望幾年以后有這個成果。

　　語言

　　還有語言，猴子并不太會講話，聲音非常少，主要靠動作，能否用猴子研究人類的語言？以前語言學家都是用鳥來研究語言機制，鳴禽之間通過唱歌來交 流，怎么用猴子研究這個事情呢？我們把語言的特性進行分解，語言怎么組成的，第一，語言要有詞匯量，需要掌握足夠多的詞匯量，第二是語法，我們要用語法把 不同的詞匯組成句子，比如說我要吃蘋果，語法讓詞匯組成有無限多的可能性。第三有音調，比如說升調代表疑問，降調代表肯定，所以我們可以把語言分成不同的 成分，既然獼猴很少叫，我們可以研究序列，給它做一個任務，用手來指序列，這個序列代表不同的語法。

　　我們所里的王立平研究員今年發表的一項工作，他讓猴子學序列。先是點A、B、C，反過來又是A、B、C，這個時候A、B、C反過來C、B、A， 就是去學會序列的重復和序列的鏡像，你可以學會序列，序列代表語法的能力，這個實驗第一次證明獼猴會嵌套性的序列，接下來同樣可以做核磁實驗，做大腦機制 的實驗，研究獼猴為什么會具備這樣的能力。這只是一個例子。

　　我自己主業是研究狨猴，不是獼猴，狨猴的特點是非常小，生活在巴西雨林里面，狨猴互相之間看不見，它們在樹上靠叫聲交流，狨猴叫聲和鳥類差不多，非常豐富，唧唧喳喳的，所以狨猴是非常好的研究語言的模型。

　　在狨猴出生后一周，我們對它的聲音進行錄音，聲音非常復雜，沒有什么規律，像一個小孩子的哭聲，但是出生五周后，聲音變得非常有規律。所以它的 發聲是需要學習的，當它的父母給狨猴回應，給他回應越多，聲音成熟過程越快。狨猴小孩確實在聽，聽父母給它的回應，聽得越多，聲音成熟越快，它在學習這個 語言。我們現在有很多像這樣的工作，我們跟中科大，科大迅飛進行合作，進行語音的分析和識別，進一步研究狨猴怎么樣學習語言、分析語言。如果狨猴可以作為 研究語言的模型，當然比鳥好，因為狨猴的大腦結構基本和人類一樣，可以用它研究大腦處理語言的神經基礎。

　　目前發現一個基因FOXP2，這個基因發現于語言障礙的病人家系，這是目前發現的唯一一個最重要的、與人類語言相關的基因，這個基因有一個特 點，從嚙齒類到非靈長類，到猴和類人猿都是保守的，唯獨到了人類發生了兩個突變。我們自然有一個想法，如果把猴子里面的FOXP2，突變成人類的 FOXP2，當猴子具備人類的基因之后會怎么樣，會做什么事情。我覺得會說話不太可能，太天方夜譚了，但是也許會獲得某些語言能力，比如說獲得更強的序列 分析能力或者更強的語音能力。我們現在在做狨猴的轉基因，基因編輯的工作，我們想制備一個表達人類的FOXP2基因的狨猴，看看基因對語言的進化和起源有 什么影響。

　　社會關系

　　最后一部分我們講，人類有自我意識和語言，還有同情心。那么動物到底有沒有同情心？看社會新聞里面，看兩只 小狗其中一只死了，另外一只抱住它，很多這樣的新聞。但是這個有一點把動物進行擬人化的描述，科學上到底動物是不是有共情心，是有爭議的，不太確定，但是 人類是有共情和同情心的，人類看你很痛苦，我也很痛苦，我會想著去幫你。

　　中國的獼猴，是有一個猴王，一個公猴猴王帶上幾十個母猴，組成大的社會群體，母猴自己生孩子帶孩子，公猴不管小猴子，是一個父系社會。但狨猴是 高度家庭化的，是一夫一妻，父母合作帶孩子的，家里有兄弟姐妹，兄弟姐妹幫父母帶孩子。這是一個和人類很像的社會結構，狨猴提供了一個很好的研究社會關 系、家庭關系、家庭內部組成的動物模型。

　　這個實驗中，我們把狨猴家里的孩子關在水池對岸，大家猜狨猴的父母會不會跳過去救自己的孩子？結果很明顯，當孩子歲數小于一個月的時候，父母會 非常拼命跳過去，寧愿掉水里也要把孩子救回來，當孩子大于兩個月，孩子在對岸，父母就不管了，隨便你怎么弄。不管你了，我也不看你了，狨猴內部家庭結構的 組成和人類家庭很像的關系，比方說有母性行為，對孩子關心，對配偶關心，我們有很多數據，我們不能一一展示，還有核磁成像結果，猴子為什么救自己的孩子， 為什么有年齡依賴性。

　　還有一個結果很有意思，當猴子自己家里有小孩子的話，它也會救別人家的孩子，自己沒有孩子，也不會救別人家的孩子，這是母性，是很通用的規則， 我們想利用狨猴或者獼猴研究人類各種高級腦功能，人類行為其實沒有什么特別的，沒有什么是唯一的，我們在進化里面一定能找到一些起源和機制。

　　最后，因為主辦方給我一個任務，講人類未來怎么樣，我提一個話題，待會兒圓桌討論可以討論這個話題。剛才我們講，中國第一個制備出克隆猴，中國 也是第一個制備出基因編輯獼猴的國家。這個實驗是我們所里另一個工作，我們制備出世界上第一個自閉癥轉基因猴模型，所以說中國在基因編輯、在轉基因上面在 世界上有非常領先的技術，中國、歐洲、美國都有很多公司大家在努力，把基因編輯技術包括干細胞技術用于人類，我想這個技術以后必然會用于人類。但是今年有 一個師兄，讓基因編輯技術背了黑鍋，現在社會上都認為基因編輯技術是妖魔化的技術，他沒有在經過很好倫理保護的情況下，實驗也并不合理的情況下面，他第一 個做出基因編輯嬰兒，這個事情肯定是不對的，他沒有倫理保護，實驗也不合理。我覺得在合理的保護情況下，基因編輯技術以后一定會用于人類。我們不一定說靠 技術造出一個超人，但是可以利用技術治療人類疾病，包括大腦疾病，這是很重要的方向。

　　腦科學與人工智能

　　第二部分講一下腦科學和人工智能，大家知道AlphaGO，圍棋已經戰勝人類了，作為人工智能精準大數量學習，絕對是人類不可比擬的，隨著神經 科學的發展，對大腦活動了解的越清楚，大腦的活動規律可以反過來用于人工智能的深度學習，讓人工智能可以自主學習，這樣可以有更強的能力做這件事情。但是 AlphaGo再厲害，他不能自己把棋子拿起來放桌子上，他做不到，還需要人來做，我們人類可以拿起一個棋子，或者端起一杯水，再放桌子上，這些事情看起 來很簡單，但是在人工智能領域很困難，我們的手能隨時感應東西的重量，感應杯子里水的多少，平穩放桌子上，這個過程非常精細的過程。還有一個方向，是腦機 接口，當人類對大腦的活動有足夠多的解碼、認識以后，我們需要用大腦去實現更多，比如殘疾人控制機械手，怎么讓機械手做的跟人手一樣，感覺一樣靈敏、又很 精確的控制，是一個很難的問題。

　　另外一個是禁忌的話題，當我們前面做猴子實驗，讓獼猴會照鏡子以后，我們跟北京智能化所的同事是做機器人的，他教機器人照鏡子。我想在座的做機 器人人工智能的專家知道，機器人能不能有自我意識，是非常敏感的話題，非常禁忌的話題。當機器人具備自我意識以后，機器人要生存，是不是會威脅到人類，這 是個很敏感的話題，是可以討論的方向，機器能不能具備意識？

　　最后這個話題在生物學會議上是不能討論的，是非常禁忌的話題。我們做科學、生物學，事實客觀規律就在那里，我們的任務是為了用方法發現這個事物 的客觀規律，這是我們生物學的科學的基本唯物主義的觀點。但是越來越多的理論，認為意識可能是量子力學的現象，比如說薛定諤的貓，宏觀疊加的效應，不知道 貓是死是活，你必須依賴于你的觀測。一個通俗的例子，我進來一個黑的房間，房間是黑的，我什么都不知道，我的意識告訴 我，我需要用我感官，視覺、聽覺、嗅覺、觸覺，感受這里面的變化，比方說我聽見一聲貓叫，我知道這里面可能有一只貓，這個我形成一種意識，但是下一步確定 是不是還有貓，我要開燈看一下是不是有。跟量子力學里面觀測一樣，我們人體各種感覺器官是一種觀測的辦法，當我觀測了形成結論和意識，這也是很敏感的話 題。關于這個話題我沒有個人觀點，但是可以來探討。