新刊｜瓮中之脑——普特南的哲学与科学_【新知WISSEN】

美国哲学家，数学家和计算机科学家希拉瑞·普特南（HilaryPutnam）于今年3月13日辞世。他关于“瓮中之脑”的哲学性探索激励了几代科学家的思想。“瓮中之脑”究竟是人类不得不接受的噩梦，还是一种我们乐于接受的生活方式？...

文／吴建永

全文刊登于《新知》2016年4月刊（即将上市）

“瓮中之脑”源于古代哲学家笛卡尔的一个假想实验，想法非常简单：如果有个恶魔用先进技术把一个人的大脑养在一缸营养液里，然后连上各种电极，使大脑活在一个虚拟世界之中。如果视、听、触等所有感觉都和人在真实世界中一模一样，这个大脑能辨认自己是在瓮中吗（图1）？美国哲学家，数学家和计算机科学家希拉瑞·普特南（Hilary Putman）在几十年前对此进行了一番讨论［1］。讨论的结果基本就是唯心主义的顶峰，意即人类过不了这个坎。

图1。瓮中之脑靠电线与计算机相连，当计算机运行一个跑步游戏程序时，大脑接受到各种与真实跑步时一模一样的视觉、听觉、肌肉关节运动感觉和心跳肺呼吸等内脏感觉，这时大脑能判别一切都是假的吗？

普特南于最近辞世（1926.7.31 - 2016.3.13），在他89年的人生中，为哲学、数学和计算机科学做出了众多贡献。他在1960年代主要活跃于“分析哲学”（Analytic philosophy）。分析哲学的精髓是论据要明确定义，结论可以通过逻辑推理得来。因此哲学可以引入逻辑数学、程式语法等科学方法。普特南的“瓮中之脑”引出人类过不去的坎：世界上究竟什么是真实的，什么是虚拟的？真实和虚拟可以分辨吗？

要判断一件东西的真实存在，我们必须进行一番考察。比如：定义一棵苹果树，必须看见花、摸到树、尝到果实、查看它经历春夏秋冬等等。这些考察都在脑中进行，需要感官把外界的信号输入大脑。如果我们的大脑处在瓮中，而机器送给大脑的神经信号与感官输入给大脑的信号一模一样，那我们怎样可以判别真假呢？

在此你肯定会说：如果真有“一模一样”，当然无法判断。但世界上不是没有绝对的一模一样吗？注意，人家普特南是数学家。数学家对“一模一样”的定义是两者间差别无限小（不论最小，只求更小）。翻译成日常语言，就是说瓮中的感觉虽与在真实世界中不同，但可以不断逼近。技术会一个版本接一个版本地改进。无论你找到什么缺陷，技术进步总能不断逼近真实。

这种看似胡搅蛮缠的哲学有现实意义吗？举个今天房地产的疯狂（maniac）例子：老妈去世，儿子想继承那8平米斗室。学区房，能卖800万，价值太高，需要慎重。于是有关部门让开个证明，证明“你妈是你妈”。这怎么证明？任何人肯定对老妈生自己没印象。但是，现在有临盆的录像啊，如果录像可靠，证明就接近了一步。那又怎样证明当时的婴儿就是现在这个胡子拉碴的老头呢？这需要找出从小到大一系列照片，每两张之间都很像，每张照片又有日记作旁证，照片中的背景也与其他人的照片互相验证。这就是所谓的“证据链”。当证据链层层叠叠互相印证，完美到所有人通过逻辑推理都没有怀疑的时候，就认为是事实成立、“你妈是你妈”了。

但是，所有客观证据链都是间接的：照片在纸上，证词是别人说的。普特南认为，如果你不接受间接的证据，你就不能证明丘吉尔也存在过；如果你接受间接证据，那人工智能也能生成所有虚拟的证据链。你看，人类是不是逃不出去了？

广义图灵测验

那么怎样利用证据链看破脑在瓮中？这个过程叫做“图灵测验”（Turing test）。图灵测验已经被科普得很滥了：就是那位名叫图灵的天才，让人在网上与计算机聊天。所谓“测验”就是通过提各种问题，判断对方是真人还是虚拟。作为人类，优越感总是很强烈的。我们鄙视计算机，认为那不过是人写的程序，经验不如在真实世界中打拼的人类。然而随着人工智能的发展，机器与人斗心眼的能力越来越强，当所有人都不能判网上聊天的对象是人工智能还是人类网红时，计算机就算是通过了图灵测验。

我们今天在网上经历了很多广义的图灵测验, 不但人想测验对方是不是计算机，计算机也需要测验对方是不是人。比如互联网为了防止计算机自动注册僵尸账号，需要让人类注册者填写验证码，就是让人看一个稀奇古怪的图像，然后把图中扭曲的字母和数字填在下面的格子里（图二）。这是一种广义图灵测验，前提是假设计算机在图像识别方面不如人类。如果计算机通过了这个图灵测验，大概网上绝多数用户是僵尸了。人类在网上的发言想被另一个人类看见都很难。

图2。防止注册僵尸账户的“CAPTCHA”码。CAPTCHA是“全自动产生的公用图灵测验以区别人和机”的缩写。主旨是生成对人类容易、对计算机很难的反向图灵测验 [3]。

2011年，IBM的计算机华特森（Watson）大胜人类知识大赛。这也是一次广义图灵测验。与传统的键盘打字图灵测验不同，华特森与人类一起聆听主持人的语言提问，并以抢答取胜。但华特森虽然赢了大奖，却输了图灵测验：当主持人的出现微小口语性错误时，人类选手都能下意识地聚焦问题而忽略错误，而华特森却是个死心眼，抓住错误不放。

更近的例子是谷歌的AlphaGo对战李世石。结果大家都见证了：当AlphaGo在第二盘执黑时第37手下了一步五路“尖冲”，现场观棋的许多高手先是一惊，随即热泪盈眶。解说员麦克雷蒙九段高呼“吴清源大师的英灵再现”。这个例子展示了图灵测验的功能，就是检验人工程序是否能出现由量变到质变的飞跃。

在几十年前，普特南透过历史迷雾看到今天，用广义图灵测验来支持他的理论。普特南的广义图灵测验叫做“证据链的图灵测验”（Turing test for reference），意即能看破脑在瓮中的手段就是对控制脑的计算机进行图灵测验。如果计算机能通过测验，人类就不可能破瓮而出。过去虽然不断有人对此观点怀疑，但随着技术进步，怀疑应该不断减少［4］。

我们的脑子都在瓮中？

神经科学几百年的一个清楚的结论是：我们的大脑确在“瓮中”，这个瓮就是我们的身体。大脑对世界的感知完全是间接的神经信号，感官在把外界信息变为神经信号时进行了大量压缩和加工，已经完全失真。

早在两三百年前，生理学家就知道神经系统是利用电传递信息：给眼睛，内耳，舌头手指施加电流刺激大脑就能“看到”光，“听见”声音，“品尝”到味道，感觉到接触。所以，感觉是由感官的特征来定义的；大脑确实是被禁锢在一个生命体的瓮中对世界进行判断。

用几根电线实现瓮中之脑的虚拟感，目前还不可能。比如眼睛通过100万根神经纤维（每根相当于一根电线）把视觉信息传到脑中。虽然电刺激眼球可以产生光感，但“看到”虚拟物体还做不到。在虚拟感觉方面目前做得最好的是人工耳蜗：只需要4个通道就能打电话，6通道就能欣赏音乐，十几个通道就能实现高保真环绕声。

大脑如何把感官传来的信息综合成感知概念，是神经科学、认知科学和哲学的终极难题。也称为“绑定”难题（Binding Problem，简称BP)。绑定基本分成两个过程：“分离”（BP1），和“综合”（BP2）。分离问题是指如何把一个物体（比如苹果树）从背景中抽提出来，综合问题是指怎样将不同的物体组合成一个图像。同一张图片可以通过不同的分离和综合过程而产生不同的图像，这就是著名的格式塔（Guetalt）现象（图3）。

图3。格式塔现象。在此图中人类可能看到一个脸转向左后方的年轻女人，也可能看到一位老年妇女的侧面。说明同一个客观图像可以被大脑感知成两个虚拟的主观概念。

关于分离和综合过程，目前的解释是：感官传来的信息会引起大批神经细胞活动，互相呼应形成一种“头脑交响乐”（神经振荡）。而感知到的概念本身就是这种交响乐。在观看图3 的时候，你会发现图像从年轻女人到年老女人之间的转换不是立刻的，而是需要约1秒的时间，提示两个图像对应于两曲神经交响乐，在两个曲子之间转换需要时间。今天的神经科学和生物工程学在极力推进“脑机接口”，实际上就是要绕开感官产生头脑交响乐（下一篇中讨论）。

互联网的请君入瓮

很多人有过这样的感觉，当他们历尽辛苦飞到意大利某古城、又在博物馆里排了一个小时队来到旷世名画面前时，却没预想中的震撼，反而觉得似曾相识。确实，互联网给我们普及了几乎所有的经典艺术作品。网上完美的图片和视频是经过专家精心设计的。角度、灯光、色彩，无不竭力展现着名作的精髓。如果我们已经从互联网上汲取了名作的精华，还需要看到真品吗？名画离开了艺术灵魂，剩下的不过是发霉的画布和落后的颜料。假如人类文明的积累在经过提升和浓缩之后可以完全通过虚拟经验提供给我们，我们还需要事事亲历原始却真实世界吗？

也许，几十年后当人们回忆历史，会感叹今天的我们土得掉渣：想去太空旅游竟然要倾半世积蓄买飞船票，还要冒着辐射和骨质疏松的危险，这与猴子在雨林中闲逛有什么区别？可以想象，随着人工智能和虚拟经验的技术进步，人类会越来越接受脑在瓮中的生活方式而轻视亲身经验：既然脑机接口可以让人短期内消费人类文明的全部，为啥还要皓首穷经地一辈子啃一本书呢？

参考文献

1. 瓮中之脑原文 http://ieas.unideb.hu/admin/file_2908.pdf

2. 量化哲学 https://en.wikipedia.org/wiki/Analytic_philosophy

3. CAPTCHA码生成 http://www.captcha.net/

4. Heylighen, F (2012). "A Brain in a Vat Cannot Break Out: Why the Singularity Must be Extended, Embedded, and Embodied". Journal of Consciousness Studies 19.1-2.