科学中最深刻的一些问题也是最难以捉摸的。有意识意味着什么？自我又是什么？当问题变得难以解决时，许多研究人员会退缩，但神经科学家杰拉尔德·埃德尔曼却迎难而上。
埃德尔曼是一位医生兼细胞生物学家，因其对抗体结构的研究于1972年获得诺贝尔奖。他现在痴迷于人类意识的奥秘——只是他并不认为它是一个奥秘。在埃德尔曼宏大的心智理论中，意识是一种生物现象，大脑通过类似于自然选择的过程发展。婴儿期，神经元增殖并形成连接；然后，经验淘汰无用的，保留有用的，使成年大脑与环境同步。
埃德尔曼在1977年在苏黎世机场候机时，首次将这个模型写在了纸上。从那时起，他撰写了八本关于这个主题的书，最近的一本是《第二自然：脑科学与人类知识》。他是圣迭戈斯克里普斯研究所神经生物学系主任，也是加利福尼亚州拉霍亚神经科学研究所的创始人兼所长，该研究中心致力于非传统的“高风险、高回报”科学。
在与《发现》杂志特约编辑苏珊·克鲁格林斯基的对话中，埃德尔曼深入探讨了这个未开发领域，探索了意识的演变、记忆的叙事力量以及他构建类人人工心智的目标。
今年是《物种起源》发表150周年，许多人都在讨论查尔斯·达尔文思想的现代诠释。您也有自己的诠释，您称之为神经达尔文主义。它是什么？
许多认知心理学家将大脑视为一台计算机。但每个大脑都是绝对独立的，无论是其发展方式还是与世界互动的方式。你的大脑根据你的个人历史发展。你的大脑及其意识在你一生中发生的一切是不可重复的，永远不可重复——即使是同卵双胞胎，甚至连体双胞胎也不行。每个大脑都面临不同的环境。你的大脑在宇宙史上很可能是独一无二的。《神经达尔文主义》从生物化学到解剖学再到行为，审视了大脑在各个层面的巨大变异。
在谈论这与意识的关系之前，我想知道您如何定义意识。科学家们甚至很难就意识是什么达成一致。伟大的心理学家和哲学家威廉·詹姆斯说意识具有以下属性：它是一个过程，涉及觉知。它是你陷入深度无梦睡眠时失去的，也是你醒来时重新获得的。它是连续且不断变化的。最后，意识受到注意力的调节或修改，因此它不是详尽的。有些人争论感受质，这是一个指意识的质性感受的术语。做一只蝙蝠是什么感觉？或者做你或我是什么感觉？这是人们无休止争论的问题，因为他们说：“你如何能从一组柔软的神经元中获得这种过程——体验世界的自我感觉？”
意识的进化优势是什么？意识的进化优势非常明显。意识让你有能力进行规划。我们以一只准备攻击羚羊的雌狮为例。它蹲下，看到了猎物。它正在形成猎物大小和速度的图像，当然，它还在计划跳跃。现在假设我有两种动物：一种像我们的雌狮一样，拥有我们称之为意识的东西；另一种只接收信号。天快黑了，突然风向转变，传来老虎穿过草丛时可能发出的呼啸声，有意识的动物会拼命逃跑，而另一种则不会。猜猜为什么？因为有意识的动物已经整合了老虎的形象。以明确的方式考虑替代图像的能力，绝对具有进化优势。
当神经科学家质疑狮子或狗这样的动物是否有意识时，我总是感到惊讶。有各种间接迹象表明狗是有意识的——它的解剖结构和神经系统组织与我们非常相似。它睡觉时眼睑在快速眼动睡眠期间会颤动。它的行为就像是有意识的，对吧？但意识有两种状态，我称之为初级意识的是动物所拥有的。它是在最多几秒钟内对单一场景的体验，我称之为“记忆中的当下”。如果你现在拥有初级意识，你的屁股会感觉到座位，你会听到我的声音，你会闻到空气。然而，没有对意识的意识，也没有过去或未来计划的叙事历史。
这种初级意识与似乎定义人类的自我意识有何对比？人类有意识地意识到自己有意识，我们的记忆通过语义和语法，以真正的语言串联成过去和未来的叙事。我们是唯一拥有真正语言的物种，我们拥有这种最高阶的意识，其形式最为宏伟。如果你踢一只狗，下次它见到你时可能会咬你或跑开，但它不会在这期间坐下来策划如何移除你的肢体，对吧？它可能有长期记忆，它可能记住你并跑开，但在这期间它不会琢磨“我怎么才能抓住克鲁格林斯基呢？”因为它没有语言符号来允许它进行叙事。它不像你一样拥有对意识的意识。
这些不同层级的意识是如何进化的？大约2.5亿年前，当兽孔类爬行动物演化出鸟类和哺乳动物时，某些动物的神经元结构可能进化出了一个机制，允许神经系统中负责感知分类的部分与负责记忆的部分之间进行互动。那时，动物可以构建一系列的辨别能力：感受质。它可以在自己的头脑中创造一个场景，并与过去的场景建立联系。那时，初级意识就产生了。但这种动物没有叙述能力。它无法利用长期记忆来构建故事，尽管长期记忆会影响它的行为。然后，在人科动物进化后期，又发生了一个事件：其他神经回路连接了概念系统，从而产生了真正的语言和高阶意识。我们摆脱了初级意识的“记忆中的现在”，能够创造出各种图像、幻想和叙事流。
所以，如果你切除部分感知，这不一定会切除意识的概念方面。我告诉你，原始但准确地说。如果我切除你大脑皮层的一部分，比如视觉皮层，你会失明，但你仍然有意识。如果我切除听觉皮层的一部分，你会耳聋但仍然有意识。
但意识仍然存在于大脑中。我们能失去多少才能仍然声称拥有感受质——即人类意义上的意识——是不是有限制的？ 大脑皮层在很大程度上负责意识的内容，如果我切除大量的皮层，就会达到一个点，你是否仍然有意识就值得商榷了。
例如，有些人声称那些出生时大脑皮层很少的婴儿——一种被称为无脑畸形的情况——仍然有意识，因为他们有中脑。这似乎不太可能。大脑皮层和丘脑之间存在一种特殊的相互作用，丘脑是一个核桃大小的中继系统，除了嗅觉之外，它将所有感官映射到大脑皮层。如果丘脑-皮层系统的某些部分被破坏，你就会处于一种持续的植物人状态；你没有意识。但这并不意味着意识存在于丘脑中。
如果你碰到一个热炉子，你会把手指缩回来，然后你才会意识到疼痛，对吧？所以问题是这样的：没有人说意识是你立刻缩回手指的原因。那是一系列反射。但意识确实给了你一个教训，不是吗？你再也不会靠近炉子了。正如威廉·詹姆斯所指出的，意识是一个过程，而不是一个东西。
意识能否被人为创造？总有一天，科学家会制造出有意识的人工制品。这需要一定的条件。例如，它可能需要通过某种语言进行反馈，从而让科学家通过各种方式对其进行测试。他们不会告诉它他们正在测试什么，并且会不断改变测试。如果该人工制品能够应对所有变化的测试，那么科学家就可以相当确定它是有意识的。
这样的一个人工制品会有多大程度的意识？你认为我们能制造出具有与老鼠意识相当的物品吗？我不会尝试模仿一个活着的物种，因为——矛盾之处在于——这个东西实际上是非生命的。
是的，但是活着意味着什么？活着是——我该怎么说呢？——DNA复制，在自然选择下自我复制的过程。如果我们真的创造出有意识的人工制品，它将不是活着的。这可能会吓到一些人。一个没有生命的东西怎么会有意识呢？有一些二元论者认为，有意识就是拥有某种特殊的、非物质的、超出科学范围的能动性。灵魂，自由漂浮——所有这些。
可能会有人说，“如果你让它有意识，你只会增加这个世界的痛苦。”他们认为意识是你与众不同的地方，或者让你拥有一套特定的信仰和价值观。你必须提醒自己，这个人工制品的身体和大脑不会是人类的。它将拥有独特的身体和大脑，并且会与我们截然不同。
如果能将有意识的人工制品与合成生物系统结合，那么能否创造出既有意识又具有生命的人工意识呢？谁知道呢？这似乎是相当可行的。未来，一旦神经科学家对意识及其机制有了更深入的了解，为什么不模仿它呢？这将是人类智力史上的一个转折点。
你认为有意识的人工制品会拥有与生命体同等的价值吗？嗯，我希望它能被这样对待。即使它不是生命体，它也是有意识的。如果我真的拥有一个有意识的人工制品，即使它没有生命，我也会因为拔掉它的电源而感到难过。但这是一种个人反应。
通过提出人工意识的可能性，您是否将人脑与计算机进行比较？不。世界是不可预测的，因此它不是计算机赖以运行的明确算法。你的大脑必须创造性地整合传入的信号。而计算机做不到这一点。人脑能够进行符号指代，而不仅仅是语法。如果你愿意，不仅仅是像计算机中那样对事物进行排序，还包括事物的意义。
意大利米兰大学有一位神经学家名叫爱德华多·比西亚奇，他是关于一种神经心理学疾病失认症的专家。患有失认症的患者通常是右侧大脑，也就是顶叶皮层中风。这种患者会出现我们所说的半侧空间忽视。他或她无法注意到世界的左侧，并且对此一无所知。只剃一边脸。画半间房子，而不是整间房子，等等。比西亚奇曾有一位这样的病人。病人很聪明。他能说话。比西亚奇对他说：“这里有两个立方体。我把一个放在你的左手，一个放在我的左手。你做我做的动作。”然后他做了一个动作。
病人说：“好的，医生。我做了。”
比西亚奇说：“不，你没有。”
他说：“我当然做了。”
于是比西亚奇把病人的左手带入他的右侧视线
区域，并问：“这是谁的手？”
病人说：“你的。”
比西亚奇说：“我不可能有三只手。”
病人非常平静地说：“医生，这很合理，如果你有三条手臂，你就必须有三只手。”这个案例证明大脑不是一台逻辑机器，而是一个进行模式识别的构造。它通过在模糊情况下填补空白来完成这项工作。
在您的神经科学研究所工作中，您是如何追求创造有意识的人工制品的？我们构建了我们称之为基于大脑的设备（BBDs），这些设备将越来越有助于理解大脑的工作原理和建模大脑。它们也可能成为设计真正智能机器的开端。
什么是基于大脑的设备？它看起来可能像一个机器人，几乎是R2-D2。但它不是机器人，因为它不是由人工智能（AI）逻辑程序运行的。它由模拟脊椎动物或哺乳动物大脑的人工大脑运行。它与真正大脑的不同之处，除了在计算机中模拟之外，还在于神经元的数量。与仅人脑皮层就拥有300亿神经元和万亿突触相比，目前最复杂的基于大脑的设备拥有的神经元不到一百万，突触大约有一千万个，突触是神经冲动从一个神经元传递到另一个神经元之间的空间。
BBDs 的有趣之处在于它们嵌入并采样真实世界。它们拥有相当于眼睛的东西：一台摄像机。我们给它们配有麦克风，相当于耳朵。我们有与味觉对应的电导装置。这些设备将输入信号发送到大脑，就像它们是你的舌头、你的眼睛、你的耳朵一样。我们的 BBD 名为 Darwin 7，它实际上可以进行条件反射。它可以学会拾取并“品尝”积木，这些积木上有一些图案，可以识别为美味或难吃。它会避开那些难吃的积木，这些积木上是斑点而不是条纹图像——而不是拾取并品尝它们。它学会了完全自主地做到这一点。
这种机器比由传统人工智能软件控制的机器人好在哪里？人工智能程序是算法化的：你编写一系列基于条件判断的指令，并预先设想可能出现的问题。人工智能机器人足球运动员会犯错，因为你不可能预料到球场上所有可能发生的情况。我们没有编写算法，而是让我们的BBD玩样本游戏并学习，就像你训练你的狗做把戏一样。
应美国国防高级研究计划局的邀请，我们把刚才谈到的那种大脑整合到了一辆赛格威运输车里。我们与卡内基梅隆大学进行了一场足球比赛，他们使用的是基于人工智能的赛格威。我们五战五胜。那是因为我们的设备学会了捡球并把它踢回给人类队友。它学会了队友的颜色。它不仅仅是执行算法。
你正在做的事情很难理解。在你们的基于大脑的设备中，神经元的等效物是什么？一个生物神经元有一个复杂的形状，从细胞中心的一部分伸出一些分叉的枝状突起，称为树突，还有一个很长的单根突起，称为轴突。当你刺激一个神经元时，钠、钾和氯离子等离子来回流动，导致一种叫做动作电位的电信号沿着神经元，穿过轴突，到达突触。在突触处，神经元释放神经递质，这些神经递质流入另一个突触后神经元，然后该神经元也放电。在BBD中，我们使用计算机来模拟这些属性，通过计算机的一系列描述来模拟真实神经元所做的一切。我们有一套简单的方程，它们能很好地描述神经元放电，甚至专家也无法分辨我们的模拟脉冲与真实脉冲之间的区别。
所有这些模拟和方程听起来很像迄今为止不太成功的人工智能想法。您的有意识人工制品的概念有何不同？大脑可以在计算机上模拟，但是当您将BBD与真实世界连接时，它面临同样的老问题：输入是模糊而复杂的。BBD的最佳响应方式是什么？神经达尔文主义解释了如何解决这个问题。在我们的计算机上，我们可以追踪BBD在执行任何操作时所有模拟的神经元连接。每次行为发生后200毫秒，我们都会问：哪些神经元在放电？哪些神经元连接了？使用数学技术，我们实际上可以看到整个过程汇聚到一个输出。当然，我们并不是在研究真正的大脑，但这暗示了我们可能需要做什么才能理解真正的大脑。
我们什么时候能看到第一个有意识的人工制品从您的实验室里诞生？尤金·伊泽凯维奇 [神经科学研究所的一位数学家] 和我制作了一个模型，包含一百万个模拟神经元和近五亿个突触，所有这些都通过与猫脑等效的神经解剖结构连接。我们惊喜地发现，它具有内在活动。在此之前，我们的BBD只有在面对世界，接收到输入信号时才有活动。在信号之间，它们会熄灭。但这个该死的东西现在会自己持续放电。第二点是，它具有与正常大脑皮层一样的贝塔波和伽马波——如果你进行脑电图，你就能看到这些。第三点是，它有一个休息状态。也就是说，当你没有刺激它时，所有神经元群都会来回漂移，就像科学家在那些什么都没想的人类身上描述的那样。
换句话说，我们的设备具备一些可爱的特性，这些特性对于有意识人工制品的概念至关重要。它具有内在活动性。所以，大脑已经在自言自语了。这是意识的一个非常重要的概念。
