扩大意识

通过 拉斯·奇特卡, 凯瑟琳·威尔逊

蜜蜂和其他昆虫表现出具有复杂的自我意识的迹象,但是,如果有意识的生物的范围扩大,它将在哪里结束?

心理学

目前的问题

这篇文章从发行

2019年11月至12月

第107卷第6号
第364页

DOI: 10.1511 / 2019.107.6.364

意识是一种意识状态,它使我们可以闭上眼睛,为童年时期的房子拍照,或者进行所需的规划,预测和风险评估,以评估是否可以安全地越过给定宽度的水流。它使我们能够通过思考而不是依靠反复试验来解决问题。

赫尔加·海尔曼

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几个世纪以来,诸如勒内·笛卡尔(RenéDescartes)(1596–1650)之类的学者认为,意识是人类的独特属性,也许是语言的促成,它使我们能够交流我们的记忆和感受,并协调未来的计划。在这种观点下,非人类动物被认为只是具有预先编程行为工具箱的巧妙设计的自动机,每种行为都是由某些环境刺激触发的。

蜜蜂和蚂蚁等社交昆虫似乎就是这种观点的缩影。科学家们承认,这种昆虫需要大量的行为来建立它们精致的家园,保护它们免受入侵者的侵扰,并为它们的幼虫提供足够的营养;然而,直到最近,流行的理论仍认为这些动物是“反射机器”,没有内部的世界代表,甚至也没有预见甚至不久的未来的能力。按照这种观点,昆虫接近于哲学的概念。 僵尸-假想的机器人的行为像正常人一样,但完全基于预先编程的行为例程和反应,没有任何自我意识。

但是,科学家越来越多地注意到昆虫表现出意识似现象的许多迹象。一些证据来自已经埋藏在文学中数十年甚至几个世纪的实验,而没有人意识到它们对意识的重要性。

例如,蜜蜂具有一种基于运动的象征性语言,通过这种语言,他们可以传达有关花卉食物来源或潜在巢穴位置的精确坐标(见“蜜蜂群群决策”,2006年5月至6月)。在这个 舞蹈语言,从花丛返回的侦察蜂在垂直梳子上的暗蜂巢中执行重复的运动序列。这些运动受到其他蜜蜂的热烈追捧。成功的觅食者沿直线向前移动几厘米,然后向左移动半圈回到起点。她又进行了一次直线跑,然后向右转。直行的持续时间告诉其他蜜蜂到食物源的距离(舞步中大约一秒的步行距离相当于到目标的一公里飞行距离)。此运行相对于重力的方向编码相对于太阳的方向,例如,如果蜂巢中的运行是笔直的,这将告诉其他蜜蜂向太阳方向飞行。

沃伦摄影

卡尔·冯·弗里施(Karl von Frisch)于1945年做出了这一发现,后来他被授予诺贝尔生理学或医学奖。十年后,他的一个学生马丁·林道尔(Martin Lindauer)凝视着一个蜂巢,发现有些蜜蜂将这些讨论一直持续到深夜。在午夜之前,他们“谈论”了前一天晚上去过的地方,在日出前的几个小时里,他们交流了前一天早上去过的地方。

在没有觅食的可能性,也不需要沟通的时候,这些蜜蜂完全脱离了上下文而恢复了它们的空间记忆。功能尚不清楚-他们可能在夜间自发地考虑了这些空间位置,或者此通信可能充当了空间内存整合的策略。后来的研究表明,当昆虫在熟睡时暴露于这些记忆中的元素时,蜜蜂对前一天的记忆会增强。也许蜜蜂梦想着前一天的经历?

Lindauer的发现的关键意义在于蜜蜂能够离线思考 关于在没有任何外部触发因素的情况下的空间位置(以及位置与时间的联系方式)的结论,这一结论与蜜蜂是僵尸的假设不符。因此,蜜蜂似乎至少具有一些意识的主要特征:时间和空间的表征。

意识的演变

基于这样的证据,许多生物学家和哲学家现在怀疑类似意识的现象可能是进化上古老的,也许可以追溯到寒武纪(大约5亿年前)。这条查询线似乎有点滑。我们应该在哪里划界线?植物有某种形式的意识吗?或者,正如超心理学家所相信的那样,电子,岩石,计算机或宇宙中是否有某种东西?如果是这样,我们有可能将意识的定义扩展到包括越来越多的生物和非生物,直到该术语变得毫无意义为止。

当然,除了自己之外,任何人都无法获得可靠的意识证明。其他人可能是机器或 僵尸。但是话又说回来-有些哲学家说-我们可能只是大桶里的大脑。

生物意识核心的一种基本现象是 自我认知:识别自己与另一个实体不同的能力,并能够计划,关注,回忆特定事件的记忆以及从另一个生物的角度出发。如果您的视网膜上的图像突然倾斜了45度,那么您可以知道这是故意使头部倾斜的结果,如果没有,那么您可能正在目睹重大地震事件。

人们认为包括人类在内的动物通过所谓的 引用副本:一种内部信号,用于传达动物自身行为的后果,从而可以区分其运动引起的感觉变化与外力引起的变化。在正常情况下,动物期望动物在自愿转动头时以可预测的方式运动。这种期望使他们能够根据自己的行动或意图来预测接下来会发生什么。

引用副本的早期版本是在19世纪提出的,尽管该术语是德国生物学家Erich von Holst和Horst Mittelstaedt在研究苍蝇时提出的。在1950年的一项实验中,他们使用一种相当粗糙(残酷)的技术,将左右眼对苍蝇的大脑的输入反转:苍蝇的细脖子扭曲了180度,然后将其头部粘在倒置。结果是,当动物左转或右转时,感觉信号与预期的相反。由于失去了根据自己的意图来预期应看到的图像的能力,苍蝇的行为举止失常。昆虫的头处于正常位置似乎具有意识的另一个关键要素:能够预测由于自身产生的运动而在将来会发生什么的能力,这使它们能够运动并有效地行动。

从进化的根源出发,我们认为意识是一种适应,可以帮助解决运动的生物如何从其感觉器官中提取有意义的信息的问题。在瞬息万变且只有半预测的环境中,意识比无意识的机制可能更有效地解决了这个问题。正如动物学家唐纳德·格里芬(Donald Griffin)在他的书中所写 动物思想 (1992),“环境条件变化如此之大,以至于动物的大脑在所有情况下都具有针对最佳行为的程序化规范,这将需要冗长的指导书。”

文森特·加洛(Vincent Gallo)

蜜蜂提供了进一步的证据,表明昆虫可以应付任何教科书都无法预料的异常挑战。 200多年前,瑞士昆虫学家弗朗索瓦·胡伯(FrançoisHuber(1750–1831))建议,蜜蜂在构造蜂窝结构时可能具有远见。休伯与妻子玛丽·艾米·鲁林(Marie-AiméeLullin)和仆人弗朗索瓦·伯恩斯(FrançoisBurnens)一起工作,将玻璃板放在蜜蜂筑巢的路上。玻璃是附着蜡的次佳表面,因此,蜜蜂在到达光滑表面之前就采取了纠正措施:他们将结构的方向移动了90度,以将梳子附着在最近的木质表面上。蜜蜂已从其当前构造的方向外推到目标区域,并在发生之前预测了次佳的结果。

在另一个场合,Huber的团队创造了一个环境,在这种环境下,蜜蜂别无选择,只能在玻璃表面上筑巢。研究人员观察到,在冬季,几把梳子之一会从蜂巢的天花板上掉下来。蜂巢的建造通常会在冬季暂停,这是因为蜜蜂会尽量减少其活动,直到春季保存。然而,在这种情况下,蜜蜂不仅活跃起来,用许多由蜡制成的柱子和横梁来加固移开的梳子,而且还加强了玻璃天花板上所有其他梳子的附着区域,显然是为了确保该问题不会再次发生。如果能用现代方法和样本量通过实验证实,这种预见力就是意识的标志之一,在这种情况下,已经超出了仅仅预测近期的范围。

蜜蜂的内心世界

我们中的一个人是2017年一项关于大黄蜂中工具使用的研究的一部分,该研究要求昆虫将小球运送到指定位置才能获得糖奖励。观察者蜜蜂学会了如何通过有经验的蜜蜂的社会示范来解决任务。当以后自己进行测试时,观察者的蜜蜂对示威者的技术进行了改进,选择了靠近指定位置的球。即使最近的球是黑色而不是训练有素的黄色,他们也会这样做。掷球不是蜜蜂自然执行的行为。观察者没有滚动球本身的经验,因此没有机会进行试错学习。这些结果表明,大黄蜂不是“学习”一种学到的技术,而是自发地改进了示威者所使用的策略,表明他们赞赏行动的结果。

依达·洛科拉(Iida Loukola)

蜜蜂不仅可以计划,还可以想象吗?他们当然可以学会将视觉图案(例如在花朵上呈现的图案)与花蜜奖励联系起来,但是这种认识并不一定意味着他们的脑中漂浮着这种花朵的图像。实际上,神经网络分析表明,即使是复杂的视觉模式(例如,由模式的所有四个象限中不同方向的条纹组成),也只需两个简单的特征检测器就可以识别,该检测器可以在整个视野内对信息进行采样需要将实际图像存储在蜜蜂的内存中。

但是,我们当中一个人参加的2018年实验表明,蜜蜂可能确实能够描绘出图案中特征的空间排列。在该实验中,首先训练蜜蜂区分两种人造花,这些人造花在视觉上是相同的,但具有“看不见的图案”,这些图案由排列成圆形或十字形的小香味孔组成。蜜蜂能够通过使用其触角来找出这些模式。但是最令人兴奋的发现是,如果实验者突然发现了这些图案(以便花朵现在显示出视觉上的圆圈或十字形),蜜蜂会立即识别出以前只是空气中短暂形式的图像。这一发现表明,蜜蜂可能确实具有形状的心理表征,而不是依靠其视觉系统中的简单特征检测器来识别图案。

蜜蜂还表现出乐观和悲观的情绪状态,至少当使用与通常评估家畜相同的标准评估其行为时。在这种测试中,蜜蜂首先了解到一种刺激(例如蓝色)与糖奖励有关,而另一种刺激(例如绿色)却没有。然后,他们面临中间刺激(在本例中为绿松石)。令人着迷的是,如果在实验过程中遇到意外的奖励(一小滴蔗糖溶液),他们会以“半杯”(乐观)的方式对这种模棱两可的刺激做出反应。如果意外地遇到了不利刺激,他们会以“半空玻璃”(悲观)的方式做出反应。

通过考虑改变精神或情绪的药物,可以提供更多证据证明一定数量的动物具有定性体验。不仅哺乳动物(考虑到猫薄荷的作用),而且一些昆虫也沉迷其中。挥发性麻醉剂,抑制食欲的兴奋剂,抑制剂和致幻剂是植物和真菌自然产生的。这些化学物质是其生物分子机制的偶然副产物,但在阻止食草动物方面也具有防御作用。但是它们并不总是能阻止:例如,蜜蜂更喜欢花蜜的尼古丁含量低的花朵。

酒精以发酵水果的形式广泛存在于自然界中。以色列巴兰大学的分子生物学家Galit Shohat-Ophir和她的同事发现,由于缺乏交配机会而受到压力的果蝇寻找酒精。这项活动表明,在整个动物界中,有意识的调节甚至情绪调节以及对精神病患者的非自愿易感性很普遍,这强烈暗示动物具有内在的经验。排除其他解释是很重要的,在这种解释中,行为是通过对神经传递或消化系统的直接影响而改变的,但这仍然是未来研究的有希望的途径。在没有改变思想的情况下,为什么有机体会寻找改变思想的物质?

生理联系到意识

昆虫意识假说的一个反对意见是它们的大脑太小了。但是在撰写本文时,尚未在人类中发现备受追捧的意识神经相关(NCC)。因此,不能说某些动物没有人型NCC。我们可以说的是,昆虫神经系统绝非简单:尽管蜜蜂的大脑只有约100万个神经细胞(相比之下,人脑中只有约800亿个神经细胞),但某些单个神经元的分支复杂性却可以与完全成熟的神经元相媲美。橡树。蜜蜂的大脑可能有大约10亿只 突触 (神经线之间的连接可以根据经验来确定)。

蜜蜂自发地改进了示威者使用的策略,这表明他们对自己的行动成果感到赞赏。

除了复杂之外,昆虫的大脑还具有意识所需的其他生理特性。如果它们仅通过反射进行操作,则信息流将从感觉器官流向负责运动控制的机制。但是在昆虫中,有许多自上而下的过程在起作用,其中神经电缆将信息从中央大脑发送到感觉周围。

这种自上而下的过程涉及类似注意力的现象。注意可以使动物专注于重要的刺激(例如,如果您是蜜蜂,则已知具有丰富的花蜜的花朵),而忽略其他动物(花蜜较少的花朵)。澳大利亚昆士兰大学的神经科学家Bruno van Swinderen发现了昆虫注意力状态的特定神经特征。他还发现了证据,表明蜜蜂知道接下来会期望什么样的视觉刺激,从而证明了蜜蜂的神经活动不是简单地由刺激从感觉器官“滴落”到中央大脑而产生的。在意识范围内,“大脑内”产生的任何活动(意味着在没有外部刺激的情况下)都特别受关注。

范·斯温德林(Van Swinderen)还发现,苍蝇的大脑有几种类型的神经信号振荡,包括睡眠时。与人类一样,深度睡眠和快速眼动睡眠伴随着不同的振荡,而苍蝇在各个睡眠阶段的振荡模式也不同。昆虫的大脑永远不会“关闭”,因此,苍蝇和蜜蜂都可能有梦幻般的状态。

拉斯·奇特卡

来自德国康斯坦茨大学的神经科学家Tzvetan Popov和Paul Szyszka最近发现,蜜蜂在整个大脑中具有至少在人类中与意识状态相关的神经振荡。尽管仅神经振动并不能产生意识,但人们普遍认为这种振动的某些类型是意识状态的重要组成部分。从动物进化开始,神经系统就会产生某种形式的振荡,因为它们是构成运动基础的节律性肌肉收缩的关键。在后来的神经系统进化过程中,大脑可能选择了这种预先存在的神经起搏器来从大脑内部产生自发活动,最终导致诸如自觉思维的现象。

人类和苍蝇似乎没有什么共同点,但是它们都有头部,腹部,腿部和感觉器官。德克萨斯理工大学的生物学家刘易斯·霍尔德(Lewis Held)理论上认为,这些相似之处是由于 深同源,意味着这两个物种都继承了遗传易感性,以从一个共同的祖先产生这种特征。即使那个祖先可能是没有腿的蠕虫,它也将这些发展的潜力传承了下来。这个理论也适用于大脑。

昆虫大脑的中央复合体和脊椎动物的基底神经节之间在解剖学和功能上的相似之处引人注目,并指出了共同的遗传起源。这两个系统中的缺陷都会导致运动问题,记忆力受损,注意力缺陷,情绪障碍和睡眠障碍。据澳大利亚麦格理大学的生物学家安德鲁·巴伦和澳大利亚国立大学的哲学家科林·克莱因说,中央综合体可能是介导昆虫主观经验的竞争者。

普遍意识的局限性

在更简单的动物中,甚至在动物之外,意识的可能性如何?在19世纪中叶,查尔斯·达尔文(Charles Darwin)不仅谈到了动物的道德和情感感受,而且还谈到了动物对美的欣赏以及对性选择的敏感性的吸收。他推测是因为 车前草 (扁虫)具有中枢神经系统,它们必须具有某种形式的意识。在 植物运动的力量 (1880),他接着比较了动物的大脑和植物的大脑 根胚根或taproot。该主根必须通过某种形式的抽样和评估,找到通往最佳固定和营养来源的途径。

尽管最近该提议已由德国波恩大学的FrantišekBaluška和爱丁堡大学的Anthony Trewavas采纳,但植物意识的案例比昆虫意识的案例更难提出。 Trewavas认为,植物的某些部分会移动来接近物体或避开障碍物,并且它们的茎可以探测,缠绕或倾斜,但是它们的移动时间尺度如此之慢,以至于我们可能只是忽略了行为故意性的基础。但是,植物不会整体移动自己的身体,因此不需要(或没有)使整个身体在太空中导航的中枢神经系统。如上所述,我们相信中枢神经系统对于自我与世界之间有意识区分的发展的第一阶段至关重要。

在人们将太多的生物归功于意识之前,需要解决另一个异议。人类的许多行为都取决于潜意识的处理。我们在世界上的行动令人惊讶地取决于我们没有有意识地注意到的刺激,并且已经发现,自愿经验会在一段时间后跟随我们的行动,而不是先于我们的行动或与他们同时发生。可以将许多人类行为和有意识的思想之间的这种差距解释为证据,表明意识对行为没有因果关系。根据该理论,大脑从记忆中收集并权衡环境刺激和数据,计算最佳选择,并通过发起动作为我们做出行为选择。如果意识因果无效,那么就没有动物赖以生存的论据。也许我们需要意识的是它们中的完全自动化。

拉斯·奇特卡

但是,这些论点并不能减少动物界广泛的意识。显然,尽管存在着无意识加工的奇迹,但人类无法在没有意识之外的世界意识的情况下滋养自己,逃避被捕食,繁殖,从事社交生活或寻找通往新目的地的道路。

泛心理学家认为宇宙,计算机,电子和其他无生命的生物可能具有意识吗?我们认为,由于这些实体没有面临需要代理的决策,因此如果他们有经验,那将是惊人的。移动的活生物体所面临的生存和自我复制所带来的挑战,可以通过情感,丰富的世界形象以及至少可以预见不久的未来而最有效地实现。

将意识与生活联系起来似乎是一种偏见。不断增强的计算能力和机器学习功能已实现了模式识别的自动化,包括面部和人类语音的识别,对有意义的对话的模拟,逻辑和数学的自动定理证明,甚至是美术的创造(见“人工智能正在模糊艺术家的定义,” 2019年1月至2月)。随着人造器械获得越来越多的这些能力,为什么不应该有片刻醒来的意识呢? (参见“情报可能无法计算。” )

但是为什么他们要醒呢?我们没有理由认为,当对人类而言重要的活动(例如下棋)的自动化执行达到很高的发展水平时,就必须出现意识。更有可能的结果是,除非并且直到我们能够发现并综合复制难以捉摸的NCC,否则我们将无法生产出完全有能力的有生命的机器人。

如果我们能够使用可进化的软件生成自我修复,自我复制的机器人,并让它们在竞争条件下自由漫游,那么最成功的机器人最终将是那些具有主观经验,情感,能够预测其行为结果且相对灵活的解决问题能力?还是具有高效但预先配置的硬连线响应的,具有通用工具包的常规机器人会更好吗?

如果正如我们所论证的那样,如果意识是进化的发明(类似于翅膀或肺),对我们有用,那么它 对其他具有与我们非常相似的性状的生物很有用。他们与我们分享移动,探测环境,记住,预测未来以及应对不可预见的挑战的困难。如果将相同的行为和认知标准应用于大脑较大的脊椎动物,则某些昆虫可以作为有意识的媒介,其确定性不亚于狗或猫。


Chittka 威尔逊和威尔逊都是他们的伙伴时相识。 Wissenschaftskolleg zu柏林(柏林学院 研究),并进行了讨论 这里介绍的思想的基础。 本文改编自先前的一篇文章 published in 永旺.

参考书目

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    • 威尔逊,2014年。《意识的解释和哲学文本的解释》。在 口译:科学与艺术的思考方式,eds。 P. Machamer和G. Wolters,第100–110页。宾夕法尼亚州匹兹堡:匹兹堡大学出版社。
    • 威尔逊,C.,2018年。作为一种生物现象的意识:一种超越泛灵论的选择。 哈佛哲学评论 25:71–87。

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