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疼痛为何会痛?

人工智能系统可以在无需感受疼痛的情况下避开危险,那么我们为什么需要疼痛呢?

作者:Conor Feehly
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来源:M-Production/Shutterstock

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人类为了避免疼痛会付出巨大的努力。我们触碰到尖锐或滚烫的东西会立刻缩回。我们会花费数小时与信任的知己一起梳理内心的痛苦。有些人试图通过改变感知的药物来减轻疼痛。疼痛的体验是痛苦的。为什么呢?

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医学界已经通过提出疼痛是一种“警报机制”来回答了这个问题。疼痛是身体组织损伤的信号,或者是内稳态(体内环境平衡)紊乱的迹象。

人体覆盖着伤害感受器,这些感觉神经元可以感知我们环境中的化学、机械和热刺激。当伤害感受器检测到可能造成损伤的状况时,信号会通过神经纤维沿着脊髓传到大脑。

疼痛看似过度的感觉,可以用“烟雾报警器原理”来解释。知道自己的家着火了,或者在这种情况下知道你的身体正在遭受损伤,显然对你的生存和最终的适应性是有益的,因为你可以采取行动避免进一步的伤害。偶尔的误报比错过火灾要好。

这种对疼痛的理解源于功能演化论的视角,解释了我们主观的疼痛体验是一种有益于我们生存的适应。这种学派的一个假设是,我们的主观体验,即意识,已经进化到在促进有益于人类生存和演化适应性的行为方面起着因果作用。

相反,与此相反的观点被称为“副现象论”,即我们第一人称的主观意识体验是大脑复杂过程的副产品。在这种观点下,意识对我们的行为没有真正的因果影响,也无助于人类的演化结果。

诉诸演化来解释我们主观疼痛体验的功能,应该能够说明像焦虑或恐惧这样的“感觉”,除了纯粹的信息传递系统之外,还能如何帮助演化结果。

在人工智能(AI)系统中,例如自动驾驶汽车,会使用一种强化学习奖励函数来让系统重视避开危险。对于某些 AI 系统来说,回避可能造成伤害的物体所获得的奖励就足以让它们充分保护自己免受损害,而不需要情感(具有负面或正面价值的情感)来驱动其行为。最近有人认为,功能有效的 AI 系统可能不需要纳入痛苦的学习,而且从道德上讲,我们也不应该这样做。

那么,感受疼痛意味着什么?如果一个危险规避系统可以在没有疼痛的情况下正常运行,那么为什么我们会承受痛苦,而这在潜在危险的世界中可能并非生存所必需?目前医学上关于疼痛功能(警报机制)的认识并不能充分回答这个问题。

一些失去与疼痛相关的负面感受的个体可以提供一些解释。疼痛失认症是一种疾病,患者可以感知到疼痛,但并不在意。这通常是由大脑连接的手术改变引起的——切除前扣带回,这是针对患有慢性疼痛患者的手术。这些手术的患者仍然有疼痛的感觉体验,但只是信息层面的。他们的疼痛体验缺乏通常伴随的负面情绪。

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(图片来源:Designua/Shutterstock)

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对于那些对疼痛的敏感度降低(无论是后天还是先天)的个体,其结果可能是致命的。个体可能会累积组织损伤和其他健康风险,这些风险会对他们的寿命和生活质量造成严重问题。显然,疼痛的感觉(不仅仅是感觉信息)在维持我们的演化适应性方面起着作用。那么,这种作用可能是什么呢?

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康奈尔大学心理学教授 Shimon Edelman 提出了一种特别有趣的解释。他和他的同事们提出,除了强化学习之外,疼痛还为行为选择提供了一个独立、可靠的基础。

也就是说,疼痛是支付一种成本,以在不利情况下可靠地选择行动方案。他们的理论借鉴了诚实且昂贵的信号的理论框架,该框架描述了自然界中各种类型的信号现象。一个经典的例子是孔雀的尾巴:它对其拥有者来说代价高昂,这保证了它要向雌孔雀传达的信息是真实的(即,雄孔雀是一个高质量的伴侣)。

(来源:colourbird/Shutterstock)

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那么,诚实的信号如何在感受疼痛的过程中发挥作用呢?假设你被蜜蜂蜇了。皮肤上的伤害感受器通过神经纤维向大脑发送感觉信息。行动者——负责行动规划的计算过程——接收这些信号,并相互竞争以控制行为(一个行动者可能代表驱赶蜜蜂,另一个可能代表什么都不做)。

决策者或评论员必须决定允许哪个行动者控制行为。行动者通过竞拍它们过去(如果它们成功过)分配到的资源来相互竞争。通常,“竞拍”资源最多的行动者会被评论员授予控制行为的权限。根据这一理论,疼痛的体验是行动者为争夺控制权而进行竞拍的成本支付。在这种情况下,竞拍资源最多的行动者就是代表驱赶蜜蜂的行动者,在你意识到之前,你的手臂就已经将那只可怜的蜜蜂打飞了。

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Edelman 说:“更普遍地说,疼痛似乎是至关重要的资源被耗尽的体验。在这种情况下,资源是从中支付(行动者)竞拍成本的储备;在其他情况下,它可能与支持内稳态的生理储备有关。”

竞拍更多资源的行动者通常会被选中控制行为,因为它们过去被认为可靠,并积累了允许它们比其他行动者竞拍更多资源的预算。

Edelman 及其同事关于疼痛功能的理论非常引人入胜。这是否是真实情况还有待观察。在我们日常生活中体验到的疼痛,常常被视为一个问题,是一种需要被压抑和克服的东西。事实上,疼痛通常是解决方案的一部分,是一种必要的“恶”,它确保我们能够维护我们宝贵的身体,并在一个冷漠的世界中以适当的方式行事。

  • Conor Feehly

    Conor Feehly 是新西兰的科学作家,他撰写关于天文学和神经科学等广泛主题的文章,并关注科学与哲学的交叉领域的研究。他拥有奥塔哥大学科学传播硕士学位。Conor 是《Discover Magazine》的常客,他的作品也出现在《New Scientist》、《Nautilus Magazine》、《Live Science》和《New Humanist》等刊物上。

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