展開(kāi)論證：為何 IIT 等因果結(jié)構(gòu)理論無(wú)法解釋意識(shí)

The unfolding argument: Why IIT and other causal structure theories cannot explain consciousness

展開(kāi)論證：為何 IIT 等因果結(jié)構(gòu)理論無(wú)法解釋意識(shí)

https://www.researchgate.net/publication/333802932_The_Unfolding_Argument_Why_IIT_and_Other_Causal_Structure_Theories_Cannot_Explain_Consciousness

摘 要

我們?nèi)绾谓忉屢庾R(shí)？近幾十年來(lái)，這個(gè)問(wèn)題已成為神經(jīng)科學(xué)研究的一個(gè)活躍話題。大量的實(shí)證結(jié)果得以積累，許多理論被提出。某些理論表明，意識(shí)應(yīng)根據(jù)腦功能來(lái)解釋?zhuān)缭谌止ぷ骺臻g中訪問(wèn)信息、將高階應(yīng)用于低階表征，或預(yù)測(cè)編碼。這些功能可以由多種腦連接模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。其他理論，如信息整合理論（IIT）和遞歸處理理論（RPT），將因果結(jié)構(gòu)與意識(shí)等同。例如，根據(jù)這些理論，前饋系統(tǒng)絕不會(huì)有意識(shí)，而反饋系統(tǒng)總是有意識(shí)的。在此，利用計(jì)算理論中的定理，我們表明因果結(jié)構(gòu)理論要么是錯(cuò)誤的，要么處于科學(xué)領(lǐng)域之外。

關(guān)鍵詞：意識(shí)；理論；因果結(jié)構(gòu)；IIT（信息整合理論）；RPT（遞歸處理理論）；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

1. 意識(shí)的因果結(jié)構(gòu)理論

1.1. 意識(shí)與實(shí)證數(shù)據(jù)

我們每天醒來(lái)，從無(wú)意識(shí)狀態(tài)過(guò)渡到有意識(shí)狀態(tài)。顯然，這其中必有待解釋之處。在雙眼競(jìng)爭(zhēng)和視覺(jué)掩蔽中，我們可以使清晰可見(jiàn)的刺激變得不可見(jiàn)。顯然，此處同樣必有待解釋之處。這些例子以及許多其他例子，被科學(xué)界常規(guī)用作研究意識(shí)的手段，且處于所有注重實(shí)證的意識(shí)理論的核心位置（圖 1a）。由于意識(shí)的主觀性，這些實(shí)驗(yàn)中的因變量測(cè)量為主觀報(bào)告（或其他已知與主觀報(bào)告可靠相關(guān)的測(cè)量）。我們不能將腦活動(dòng)測(cè)量作為意識(shí)的先驗(yàn)指標(biāo)，因?yàn)槲覀兪滓胍斫獾氖悄X活動(dòng)如何產(chǎn)生意識(shí)。

1.2. 意識(shí)的因果結(jié)構(gòu)理論

意識(shí)理論旨在解釋所提出機(jī)制的變化如何導(dǎo)致從無(wú)意識(shí)狀態(tài)到有意識(shí)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，反之亦然。為此，許多理論提出，理解意識(shí)的基本要素在于系統(tǒng)的各個(gè)部分如何相互作用。如果一個(gè)系統(tǒng)擁有“正確”類(lèi)型的因果結(jié)構(gòu)，換言之，如果其元素以“正確”的方式相互作用，它就是有意識(shí)的。否則，它就不是。我們將此類(lèi)理論稱(chēng)為因果結(jié)構(gòu)理論。例如，在遞歸處理理論（RPT）中，Lamme 提出遞歸處理對(duì)于意識(shí)而言既是必要的也是充分的（Lamme, 2006）。視覺(jué)前饋處理的首次掃描是無(wú)意識(shí)的。當(dāng)遞歸的、自上而下的處理與初始前饋掃描期間激活的神經(jīng)元相互作用時(shí)，意識(shí)便開(kāi)始產(chǎn)生（Lamme, 2006）。根據(jù) RPT，關(guān)鍵在于因果結(jié)構(gòu)，因?yàn)橐庾R(shí)僅取決于神經(jīng)元如何彼此相互作用：存在遞歸處理時(shí)即有意識(shí)，否則便無(wú)意識(shí)。據(jù)提出，神經(jīng)生理實(shí)驗(yàn)可為 RPT 提供實(shí)證支持（圖 1c），在這些實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)視覺(jué)刺激被有意識(shí)感知時(shí)，遞歸處理增強(qiáng)了 V1 區(qū)的神經(jīng)活動(dòng)。當(dāng)刺激未被有意識(shí)感知時(shí)（如在麻醉期間或刺激被掩蔽時(shí)），則不存在遞歸處理（Fahrenfort, Scholte, & Lamme, 2007）。

信息整合理論（IIT）是意識(shí)因果結(jié)構(gòu)理論的另一個(gè)例子。IIT 提出，一個(gè)稱(chēng)為φ的信息整合度量（基于系統(tǒng)的因果結(jié)構(gòu)計(jì)算而成）可量化意識(shí)（Oizumi, Albantakis, & Tononi, 2014）。意識(shí)被等同于φ > 0 的系統(tǒng)：若系統(tǒng)元素以“正確”的方式相互作用，則該系統(tǒng)φ > 0 且具有意識(shí)。若φ = 0，則為無(wú)意識(shí)。例如，在遞歸系統(tǒng)中φ始終大于零（它們始終有意識(shí)），而在前饋系統(tǒng)中φ始終等于零（它們絕無(wú)意識(shí)）。據(jù)斷言，相關(guān)研究可為 IIT 提供實(shí)證支持，這些研究顯示φ的實(shí)際代理指標(biāo)在昏迷狀態(tài)下較低，在最小意識(shí)狀態(tài)下居中，而在清醒狀態(tài)下最高（Casali et al., 2013; Tononi, Boly, Massimini, & Koch, 2016）。

IIT 和 RPT 是最早對(duì)哪些系統(tǒng)具有意識(shí)做出精確預(yù)測(cè)的意識(shí)理論之一。因此，它們極大地推動(dòng)了意識(shí)科學(xué)的發(fā)展。然而，我們將表明，出于原則性原因，因果結(jié)構(gòu)理論最終會(huì)陷入實(shí)證僵局：它們要么是錯(cuò)誤的，要么處于科學(xué)領(lǐng)域之外。

1. 展開(kāi)論證

遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是通用函數(shù)逼近器（圖 2; Sch?fer & Zimmermann, 2006）。也就是說(shuō)，任何輸入-輸出函數(shù)都可以被逼近到任意精度。視覺(jué)就是這樣一個(gè)輸入-輸出函數(shù)。例如，動(dòng)物圖片作為輸入呈現(xiàn)在視網(wǎng)膜上，輸出則是引發(fā)的動(dòng)物知覺(jué)（或關(guān)于這些知覺(jué)的報(bào)告）。同樣，視覺(jué)掩蔽實(shí)驗(yàn)中的刺激是輸入，輸出可能是按鈕按壓、口頭報(bào)告或任何其他被顯示為與主觀報(bào)告可靠相關(guān)的測(cè)量。重要的是，直接干預(yù)大腦的實(shí)驗(yàn)，例如使用植入電極或經(jīng)顱磁刺激（TMS），仍然是輸入-輸出函數(shù)。唯一的區(qū)別在于，部分輸入是通過(guò)電極或 TMS 提供的，而不是通過(guò)感覺(jué)器官。

前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也是通用函數(shù)逼近器（圖 2; Hornik, Stinchcombe, & White, 1989）。因此，對(duì)于給定的輸入-輸出函數(shù)，我們可以找到前饋網(wǎng)絡(luò)和遞歸網(wǎng)絡(luò)，它們以不同的方式實(shí)現(xiàn)相同的函數(shù)（LeCun, Bengio, & Hinton, 2015; Oizumi et al., 2014; Werbos, 1988）。例如，如果存在一個(gè)執(zhí)行圖像識(shí)別的遞歸網(wǎng)絡(luò)，那么就存在一個(gè)同等效果的前饋網(wǎng)絡(luò)。如果存在一個(gè)表現(xiàn)出雙眼競(jìng)爭(zhēng)特征的遞歸網(wǎng)絡(luò)，那么就存在一個(gè)同樣如此的前饋網(wǎng)絡(luò)。如果存在一個(gè)以一組脈沖序列作為輸入并輸出另一組脈沖序列的遞歸網(wǎng)絡(luò)，那么就存在一個(gè)做同樣事情的前饋網(wǎng)絡(luò)。任何可以由遞歸網(wǎng)絡(luò)完成的事情，也可以以前饋方式完成（圖 2）。我們稱(chēng)此為展開(kāi)：任何遞歸網(wǎng)絡(luò)都可以展開(kāi)為實(shí)現(xiàn)相同函數(shù)的前饋網(wǎng)絡(luò)。特別是，任何行為實(shí)驗(yàn)都可以被視為一個(gè)輸入-輸出函數(shù)，因此可以由遞歸網(wǎng)絡(luò)和前饋網(wǎng)絡(luò)兩者實(shí)現(xiàn)。

任何輸入-輸出行為不僅可以由一個(gè)特定的前饋網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，還可以由無(wú)限多個(gè)等價(jià)的前饋網(wǎng)絡(luò)和無(wú)限多個(gè)等價(jià)的遞歸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橥ㄓ帽平鲗傩圆灰蕾?lài)于結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，如層數(shù)或精確的連接性。事實(shí)上，給定一個(gè)輸入-輸出函數(shù)，我們可以找到無(wú)限多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有不同的φ，它們都實(shí)現(xiàn)相同的輸入-輸出函數(shù)（見(jiàn)附錄 A 和 B，另見(jiàn) Chalmers, 2018）。此外，通用函數(shù)逼近器屬性不僅限于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，也適用于圖靈機(jī)、元胞自動(dòng)機(jī)、循環(huán)標(biāo)簽系統(tǒng)，更普遍地適用于任何通用計(jì)算系統(tǒng)（Turing, 1937; Wolfram, 2002）。這些事實(shí)是無(wú)爭(zhēng)議的且被廣泛接受的（包括 IIT 的支持者：見(jiàn) Oizumi et al., 2014）。

2.1. 推論 I：因果結(jié)構(gòu)理論與實(shí)證數(shù)據(jù)雙重解離

展開(kāi)論證的一個(gè)推論是，因果結(jié)構(gòu)理論要么是錯(cuò)誤的，要么處于科學(xué)領(lǐng)域之外。換句話說(shuō)，因果結(jié)構(gòu)理論與實(shí)證數(shù)據(jù)是雙重解離的：它們既不是解釋實(shí)證數(shù)據(jù)的必要條件，也不是充分條件（見(jiàn)圖 3）。例如，根據(jù) IIT，意識(shí)水平隨 ? 變化。一個(gè)系統(tǒng)有意識(shí)，當(dāng)且僅當(dāng) ? > 0
（圖 3 中的紅色斜箭頭）。一個(gè)實(shí)驗(yàn)可以被視為一個(gè)輸入-輸出函數(shù)（圖 2）。因此，對(duì)于任何能復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果且 ? > 0的遞歸系統(tǒng)，都存在 ? = 0
的前饋系統(tǒng)也能復(fù)現(xiàn)該結(jié)果。根據(jù) IIT，一個(gè)系統(tǒng)有意識(shí)而另一個(gè)沒(méi)有。反之，對(duì)于任何 ? = 0 的前饋系統(tǒng)，都存在 ? > 0
的遞歸系統(tǒng)能產(chǎn)生相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。事實(shí)上，我們?cè)诟戒?A 中展示了如何用 ? = 0
或任意高的 ? 來(lái)實(shí)現(xiàn)任何函數(shù)。也就是說(shuō)，對(duì)于每一個(gè)為 IIT 提供證據(jù)的系統(tǒng)，都存在其他可能證偽它的可能系統(tǒng)。

這一論證推廣至任何因果結(jié)構(gòu)理論，而不僅僅是 IIT。所有因果結(jié)構(gòu)理論都與關(guān)于意識(shí)的實(shí)證結(jié)果雙重解離。因此，為因果結(jié)構(gòu)理論提供實(shí)驗(yàn)證據(jù)是沒(méi)有意義的。例如，前面提到的圖形-背景（figure-ground）實(shí)驗(yàn)不能支持也不能被 RPT 解釋?zhuān)驗(yàn)榇嬖谇梆伨W(wǎng)絡(luò)，當(dāng)人類(lèi)有意識(shí)地看到圖形時(shí)，它們能做出與人類(lèi)相同的主觀報(bào)告，但根據(jù) RPT 它們是無(wú)意識(shí)的。反之，存在具有遞歸活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)人類(lèi)沒(méi)有有意識(shí)地感知圖形時(shí)，它們能做出與人類(lèi)相同的主觀報(bào)告，但根據(jù) RPT 它們是有意識(shí)的。同樣，清醒人類(lèi)比睡眠人類(lèi)具有更高 ? ? 的發(fā)現(xiàn)不能被 IIT 解釋或支持，因?yàn)榇嬖诰哂腥祟?lèi)清醒特征的前饋網(wǎng)絡(luò)，以及具有人類(lèi)睡眠特征的遞歸網(wǎng)絡(luò)。

我們的論證不僅具有抽象的數(shù)學(xué)性質(zhì)。在現(xiàn)實(shí)生活中，有許多前饋和遞歸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相同復(fù)雜功能的例子。例如，深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)已通過(guò)純前饋卷積網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，并在 Atari 視頻游戲中達(dá)到了超人水平的表現(xiàn)（Mnih et al., 2013）。Hausknecht 和 Stone（2015）使用遞歸網(wǎng)絡(luò)復(fù)制了這一超人表現(xiàn)。展開(kāi)定理告訴我們這并不令人驚訝，因?yàn)槲覀兛偰苷业降葍r(jià)的前饋和遞歸網(wǎng)絡(luò)。這些系統(tǒng)在實(shí)證上是相同的（近似）。根據(jù)因果結(jié)構(gòu)理論，一個(gè)有意識(shí)而另一個(gè)沒(méi)有。此外，展開(kāi)提供了一種配方，可以構(gòu)建兩個(gè)具有完全相同輸入-輸出函數(shù)但因果結(jié)構(gòu)不同的小型機(jī)器人系統(tǒng)（見(jiàn)附錄 A 和 B）。在一個(gè)機(jī)器人上的實(shí)驗(yàn)支持該理論；在另一個(gè)上的實(shí)驗(yàn)證偽它。

展開(kāi)論證表明，總有系統(tǒng)在實(shí)證上證偽因果結(jié)構(gòu)理論。IIT 的支持者試圖通過(guò)聲稱(chēng) ? = 0
的系統(tǒng)是無(wú)意識(shí)的，盡管它們?cè)趯?shí)證上與有意識(shí)系統(tǒng)無(wú)法區(qū)分（Oizumi et al., 2014），來(lái)避免這個(gè)問(wèn)題。我們將接下來(lái)展示，這一主張使 IIT 陷入循環(huán)論證，因此變得不可證偽。換句話說(shuō)，因果結(jié)構(gòu)理論已被展開(kāi)論證證偽，除非它們決定變得不可證偽。

例如，IIT 的支持者可能仍然堅(jiān)持認(rèn)為，由于其因果結(jié)構(gòu)不同， ? = 0
的機(jī)器人是無(wú)意識(shí)的，而 ? > 0
的機(jī)器人是有意識(shí)的。然而，這樣的命題很快就會(huì)陷入循環(huán)，因?yàn)槲覀儧](méi)有標(biāo)準(zhǔn)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。特別是，我們沒(méi)有實(shí)證標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)殛P(guān)于意識(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)于這兩個(gè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)是完全相同的。唯一相信只有 ? > 0 的機(jī)器人有意識(shí)的理由是已經(jīng)相信 IIT，但這構(gòu)成了循環(huán)。情況甚至更糟：有許多因果結(jié)構(gòu)理論，如 IIT 和 RPT。哪一個(gè)是“正確”的？即使在 IIT 內(nèi)部，公理也不能唯一確定 ? （Barrett & Mediano, 2019; Bayne, 2018），且不同的 ? ? 實(shí)證測(cè)量產(chǎn)生非常不同的結(jié)果（Mediano, Seth, & Barrett, 2018）。哪個(gè)版本的 IIT 是“正確”的？我們永遠(yuǎn)無(wú)法決定，因?yàn)槲覀儧](méi)有標(biāo)準(zhǔn)來(lái)測(cè)試這些理論并將它們的預(yù)測(cè)相互對(duì)立。我們剩下的結(jié)論是，存在不同類(lèi)型的“意識(shí)”（即 consciousness_IIT_version_1, ..., consciousness_IIT_version_n, consciousness_RPT，等等），這取決于我們偏愛(ài)哪個(gè)理論。堅(jiān)持認(rèn)為 ? = 0
的機(jī)器人是無(wú)意識(shí)的而 ? > 0
的機(jī)器人是有意識(shí)的，盡管它們?cè)趯?shí)證上完全相同，這將 IIT 置于實(shí)證科學(xué)領(lǐng)域之外。

為了總結(jié)展開(kāi)論證，結(jié)論源于四個(gè)前提：

(P1): 在科學(xué)中，我們依賴(lài)物理測(cè)量（基于關(guān)于意識(shí)的主觀報(bào)告）。

(P2): 對(duì)于任何具有給定輸入-輸出函數(shù)的遞歸系統(tǒng)，都存在具有相同輸入-輸出函數(shù)的前饋系統(tǒng)（反之亦然）。

(P3): 兩個(gè)具有相同輸入-輸出函數(shù)的系統(tǒng)，不能通過(guò)任何依賴(lài)物理測(cè)量的實(shí)驗(yàn)來(lái)區(qū)分（除了測(cè)量腦活動(dòng)本身或系統(tǒng)其他內(nèi)部運(yùn)作）。

(P4): 我們不能使用腦活動(dòng)測(cè)量作為意識(shí)的先驗(yàn)指標(biāo)，因?yàn)橐庾R(shí)的腦基礎(chǔ)正是我們首先要試圖理解的。

(C): 因此，要么因果結(jié)構(gòu)理論被證偽（如果它們接受展開(kāi)的前饋網(wǎng)絡(luò)可以是有意識(shí)的），要么因果結(jié)構(gòu)理論處于科學(xué)探究領(lǐng)域之外（如果它們堅(jiān)持認(rèn)為展開(kāi)的前饋網(wǎng)絡(luò)是無(wú)意識(shí)的，盡管它們?cè)趯?shí)證上與功能等價(jià)的遞歸網(wǎng)絡(luò)無(wú)法區(qū)分）。

2.2. 例子

想象一下，有人可以通過(guò)手術(shù)用等價(jià)的前饋植入物替換大腦原生的遞歸聲音處理系統(tǒng)。該植入物接收與原生腦區(qū)相同的脈沖序列集合作為輸入，并輸出相同的脈沖序列集合。我們知道這種植入物原則上是存在的，因?yàn)榍懊嫣岬降恼归_(kāi)定理。盡管新植入物中的因果結(jié)構(gòu)完全不同，但大腦的其余部分不會(huì)注意到任何差異。大腦可以執(zhí)行其正常功能。這意味著該人的所有主觀報(bào)告在手術(shù)前后都是完全相同的。這個(gè)人會(huì)聲稱(chēng)關(guān)于聲音的所有事情都與植入前一樣，例如“我聽(tīng)到雨的淅瀝聲，它在我聽(tīng)來(lái)如同音樂(lè)”，或“我明白你在說(shuō)什么”，等等。特別是，任何關(guān)于哪些聲音被有意識(shí)感知的實(shí)驗(yàn)，都將產(chǎn)生與原生腦區(qū)完全相同的結(jié)果。因此，我們陷入了前面提到的困境：要么因果結(jié)構(gòu)理論是錯(cuò)誤的（如果它們接受植入后仍然存在聽(tīng)覺(jué)意識(shí)），要么它們處于科學(xué)領(lǐng)域之外（如果它們聲稱(chēng)有無(wú)植入物時(shí)意識(shí)是不同的，盡管不存在實(shí)證差異）。

我們可以將這個(gè)例子進(jìn)一步推廣到整個(gè)大腦。由于任何可以通過(guò)遞歸網(wǎng)絡(luò)完成的事情也可以通過(guò)前饋網(wǎng)絡(luò)完成，因此可能存在“前饋大腦”，其行為與人腦完全一樣。這樣的系統(tǒng)將擁有與正常人腦完全相同的所有功能特征，但因果結(jié)構(gòu)完全不同。它們?cè)诟鞣矫娑急憩F(xiàn)得完全像人類(lèi)，無(wú)縫通過(guò)圖靈測(cè)試。然而，根據(jù)因果結(jié)構(gòu)理論，它們是沒(méi)有意識(shí)的，因?yàn)樗鼈儾痪邆洹罢_”類(lèi)型的因果結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵在于，這些系統(tǒng)對(duì)任何實(shí)證實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)都與人類(lèi)完全相同。例如，它們會(huì)以完全相同的方式描述看到紅色、聽(tīng)到聲音、擁有記憶等對(duì)其而言是怎樣的體驗(yàn)。它們對(duì)所有科學(xué)范式（如掩蔽、雙眼競(jìng)爭(zhēng)、圖形 - 背景分割等）的反應(yīng)都完全相同。它們表現(xiàn)出相同的清醒特征和相同的睡眠特征。總之，原則上沒(méi)有任何行為實(shí)驗(yàn)可以區(qū)分人腦和前饋大腦。因此，要么因果結(jié)構(gòu)理論是錯(cuò)誤的，要么它們處于科學(xué)領(lǐng)域之外。

2.3. 推論 II：IIT 中的意識(shí)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)雙重解離

在因果結(jié)構(gòu)理論中，意識(shí)的內(nèi)容也與實(shí)證觀察雙重解離。例如，我們可以構(gòu)建這樣的系統(tǒng)：其行為表現(xiàn)為擁有體驗(yàn) X，而根據(jù) IIT，它們實(shí)際上正在體驗(yàn) Y（見(jiàn)附錄 C）。例如，一個(gè)參與競(jìng)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)可能會(huì)報(bào)告它正在看到貓的圖像，而根據(jù) IIT，它正在體驗(yàn)火腿的氣味。原則上，如附錄所示，它可以在報(bào)告看到貓的同時(shí)體驗(yàn)任何意識(shí)內(nèi)容。當(dāng)然，它也可能體驗(yàn)看到一只貓，但這將只是巧合，顯示出一種雙重解離。

因果結(jié)構(gòu)理論之所以容易受到此處提出的這類(lèi)論證的影響，有一個(gè)直接的原因。系統(tǒng)要有意識(shí)所需要的僅僅是一個(gè)特定的因果結(jié)構(gòu)。同時(shí)，任何功能都可以由許多具有不同因果結(jié)構(gòu)的不同系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，因果結(jié)構(gòu)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間不可能存在一致的聯(lián)系。

2.4. 網(wǎng)絡(luò)效率與進(jìn)化約束

實(shí)際上，大腦必須應(yīng)對(duì)非常嚴(yán)格的空間和能量約束：處理必須足夠高效以便容納在一個(gè)小小的頭骨內(nèi)，且能量消耗必須受限。實(shí)驗(yàn)表明，確實(shí)，當(dāng)神經(jīng)元數(shù)量有限時(shí)，足夠復(fù)雜的任務(wù)會(huì)強(qiáng)烈約束網(wǎng)絡(luò)屬性（Khaligh-Razavi & Kriegeskorte, 2014; Nayebi et al., 2018; Yamins et al., 2014）。一般來(lái)說(shuō)，前饋網(wǎng)絡(luò)比具有更高效因果結(jié)構(gòu)的等價(jià)遞歸網(wǎng)絡(luò)需要多得多的神經(jīng)元來(lái)實(shí)現(xiàn)某一功能，因此是不切實(shí)際的（但并非總是如此：例如，圖像識(shí)別在前饋卷積網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)得更高效）。在這方面，因果結(jié)構(gòu)理論可能會(huì)被證明是意識(shí)的良好標(biāo)記。例如，高φ具有明顯的功能益處，例如高效地整合信息。我們認(rèn)為，清醒的大腦出于這種功能原因而具有高φ。因此，因果結(jié)構(gòu)可能是人類(lèi)意識(shí)的良好相關(guān)指標(biāo)，并非因?yàn)樗鼈兣c意識(shí)等同，而是因?yàn)樗鼈兣c一般的神經(jīng)信息處理具有良好的相關(guān)性，而作為一種偶然規(guī)則，這恰好與人類(lèi)的意識(shí)狀態(tài)共變。這解釋了為什么因果結(jié)構(gòu)理論可以提供人類(lèi)意識(shí)測(cè)量?jī)x（例如見(jiàn) Casali et al., 2013）。然而，將意識(shí)與因果結(jié)構(gòu)等同起來(lái)則是完全不同的另一回事。簡(jiǎn)言之，大腦之所以是遞歸的，是因?yàn)榇竽X處理必須能夠容納在頭骨之內(nèi)，而非因?yàn)橐庾R(shí)與大腦的因果結(jié)構(gòu)等同。

2.5. 展開(kāi)論證 vs. 僵尸論證

僵尸論證是一個(gè)著名的論證，旨在表明物理主義和功能主義理論無(wú)法解釋意識(shí)。想象一下無(wú)意識(shí)的“僵尸”，它們?cè)趯?shí)證上與有意識(shí)的“非僵尸”等價(jià)物無(wú)法區(qū)分。例如，如果一只僵尸不小心把手放在熱爐子上，它會(huì)大喊“哎喲”并立即縮回手，就像非僵尸一樣。然而，僵尸感覺(jué)不到疼痛。僵尸與非僵尸之間的第三人稱(chēng)可觀察屬性完全相同，但意識(shí)不同。僵尸是否實(shí)際上可能存在備受爭(zhēng)議（例如，Dennett, 1991）。然而，如果它們存在，那么意識(shí)就無(wú)法在標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)功能主義框架中得到解釋?zhuān)ㄟ@就是意識(shí)的硬問(wèn)題；Chalmers, 1996）。確實(shí)，如果功能相同的系統(tǒng)（無(wú)意識(shí)的僵尸及其有意識(shí)的非僵尸等價(jià)物）可以擁有不同的意識(shí)，那么功能主義方法就無(wú)法解釋意識(shí)。

展開(kāi)論證與僵尸論證非常不同，原因有二。首先，僵尸論證旨在駁回所有關(guān)于意識(shí)的物理主義解釋?zhuān)üδ苤髁x的解釋。相比之下，展開(kāi)論證僅針對(duì)意識(shí)的因果結(jié)構(gòu)理論，而不是一般的物理主義或功能主義理論。事實(shí)上，展開(kāi)論證傾向于功能主義理論，因?yàn)閷?duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行（展開(kāi)/折疊）只改變其因果結(jié)構(gòu)，而不改變其功能或物理性質(zhì)。其他主要的意識(shí)理論，如全局工作空間理論（GWT; Baars, 1997; Dehaene & Naccache, 2001）、高階思維理論（HOTT; Lau & Rosenthal, 2011; Rosenthal, 2004）或預(yù)測(cè)處理理論（PPT; Friston, 2013）不受展開(kāi)論證的影響，正如我們?cè)谙乱恍」?jié)中展示的那樣。

其次，人們可以選擇通過(guò)聲稱(chēng)僵尸實(shí)際上不可能存在來(lái)駁回僵尸論證（例如，Dennett, 1991）。相比之下，展開(kāi)系統(tǒng)的存在是一個(gè)直接的數(shù)學(xué)事實(shí)，而不僅僅是一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)。事實(shí)上，展開(kāi)提供了一種配方，用于創(chuàng)建具有不同因果結(jié)構(gòu)（例如，具有任意高的φ；見(jiàn)附錄 A 和 B）的實(shí)證上相同的網(wǎng)絡(luò)。如前所述，甚至存在前饋和遞歸代理執(zhí)行相同復(fù)雜任務(wù)的現(xiàn)實(shí)案例（見(jiàn)第 2.1 節(jié)）。因此，例如，我們?cè)趯?shí)踐中從未觀察到展開(kāi)的皮層（并且可能永遠(yuǎn)不會(huì)）這一事實(shí)本身不足以成為質(zhì)疑展開(kāi)論證的理由。此外，盡管展開(kāi)的大腦不切實(shí)際，但我們明確表明展開(kāi)論證不僅依賴(lài)于展開(kāi)的整個(gè)大腦（見(jiàn)前面關(guān)于聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的例子）。這個(gè)例子可以再次縮小到由特定因果結(jié)構(gòu)理論提出的與意識(shí)相關(guān)的最小大腦部分。

2.6. 非因果結(jié)構(gòu)意識(shí)理論不受展開(kāi)論證的影響

全局工作空間理論（GWT; Baars, 1997; Dehaene & Naccache, 2001）、高階思維理論（HOTT; Lau & Rosenthal, 2011; Rosenthal, 2004）或預(yù)測(cè)處理理論（PPT; Friston, 2013）是意識(shí)功能主義理論的例子：它們專(zhuān)注于被認(rèn)為對(duì)意識(shí)至關(guān)重要的功能。展開(kāi)論證不適用于這些理論，因?yàn)樗鼈兲岢觯灰到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)了正確類(lèi)型的功能，系統(tǒng)就是有意識(shí)的——獨(dú)立于因果結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，這些理論通常用遞歸或自上而下處理，或其他看似因果結(jié)構(gòu)的術(shù)語(yǔ)來(lái)表述，但它們也可以在其他類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)中表述。展開(kāi)論證僅適用于那些認(rèn)為遞歸本身（或另一種提出的因果結(jié)構(gòu)）對(duì)意識(shí)是必要且充分的理論。

例如，GWT 的典型描述是，當(dāng)編碼特定意識(shí)內(nèi)容（例如，感覺(jué)區(qū)域）的皮層區(qū)域在一個(gè)由高度遞歸的額頂葉區(qū)域組成的全局神經(jīng)元工作空間中“廣播”其信息，從而使這些內(nèi)容可被其他區(qū)域廣泛使用時(shí)，意識(shí)就會(huì)發(fā)生。這里的關(guān)鍵功能是 (a) 在感覺(jué)區(qū)域創(chuàng)建內(nèi)容，以及 (b) 使這些內(nèi)容可被其他區(qū)域廣泛使用（即廣播）。GWT 通常用遞歸網(wǎng)絡(luò)來(lái)解釋。盡管如此，等價(jià)的前饋網(wǎng)絡(luò)可以維持相同的廣播功能（見(jiàn)圖 4 的一個(gè)玩具模型）。類(lèi)似的玩具模型很容易為 HOTT、PPT 和所有其他功能主義理論制作。重要的是功能，例如廣播，而不是（神經(jīng)）實(shí)現(xiàn)。總之，功能主義理論與因果結(jié)構(gòu)理論的重要區(qū)別在于，它們提出功能對(duì)意識(shí)至關(guān)重要，獨(dú)立于它們的實(shí)現(xiàn)。例如，一個(gè)展開(kāi)的全局工作空間網(wǎng)絡(luò)保留了廣播的關(guān)鍵功能。因此，就其本質(zhì)而言，功能主義理論不受展開(kāi)論證的影響。

2.7. 展開(kāi)與相關(guān)方法

對(duì)于許多研究人員來(lái)說(shuō)，意識(shí)是非物理的，不能使用輸入 - 輸出函數(shù)進(jìn)行研究，因此可能無(wú)法用標(biāo)準(zhǔn)神經(jīng)科學(xué)來(lái)解釋?zhuān)–halmers, 1996）。在這種情況下，直接研究意識(shí)是不可能的。然而，意識(shí)仍然可能通過(guò)基于相關(guān)性的橋接原則與神經(jīng)狀態(tài)聯(lián)系起來(lái)（Chalmers, 2004; Varela, 1996）。例如，我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)人類(lèi)關(guān)于其意識(shí)體驗(yàn)的報(bào)告（第一人稱(chēng)數(shù)據(jù)：我正在體驗(yàn)一張臉）與大腦的可觀察屬性（第三人稱(chēng)數(shù)據(jù)：梭狀回面孔區(qū)的神經(jīng)活動(dòng)）之間的相關(guān)性。引用 Chalmers (2004) 的話：“在意識(shí)的情況下，我們可以期望系統(tǒng)的橋接原則構(gòu)成基礎(chǔ)并解釋第三人稱(chēng)數(shù)據(jù)與第一人稱(chēng)數(shù)據(jù)之間的共變。”

由于展開(kāi)論證，這種方法不能適用于因果結(jié)構(gòu)理論（圖 5）。如前所述，有無(wú)限多個(gè)等價(jià)系統(tǒng)產(chǎn)生與人類(lèi)完全相同的第一人稱(chēng)報(bào)告，但具有完全不同的因果結(jié)構(gòu)。因此，依靠第一人稱(chēng)報(bào)告將意識(shí)屬性與大腦的因果結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)是不可能成功的（圖 5）。相關(guān)方法不能適用于因果結(jié)構(gòu)理論，盡管它可能（也可能不）對(duì)其他意識(shí)理論成功。

1. 結(jié)語(yǔ)

要被視為科學(xué)的，IIT 和其他因果結(jié)構(gòu)理論需要實(shí)證支持。然而，展開(kāi)論證表明它們要么是錯(cuò)誤的，要么處于科學(xué)領(lǐng)域之外。出于同樣的原因，不同的因果結(jié)構(gòu)理論無(wú)法相互比較。例如，IIT 公理的不同數(shù)學(xué)表述會(huì)導(dǎo)致關(guān)于哪些系統(tǒng)有意識(shí)的不同預(yù)測(cè)，但我們無(wú)法比較它們，因?yàn)檫@些預(yù)測(cè)與實(shí)證數(shù)據(jù)雙重解離。IIT 的支持者此前已承認(rèn)，前饋和遞歸網(wǎng)絡(luò)在功能上可以是等價(jià)的，但根據(jù) IIT，它們具有不同的意識(shí)（Oizumi et al., 2014）。換句話說(shuō)，他們與我們共享相同的無(wú)爭(zhēng)議的起點(diǎn)。然而，結(jié)論截然不同。IIT 的支持者認(rèn)為，這應(yīng)促使我們關(guān)注意識(shí)的主觀性。相比之下，我們得出結(jié)論，采用因果結(jié)構(gòu)理論排除了任何對(duì)意識(shí)的實(shí)驗(yàn)方法。事實(shí)上，我們已經(jīng)表明，所有可能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，包括那些關(guān)注主觀性的結(jié)果，都不依賴(lài)于因果結(jié)構(gòu)。

展開(kāi)論證排除了一類(lèi)意識(shí)解釋?zhuān)渲幸庾R(shí)隨附于因果結(jié)構(gòu)。這應(yīng)促使我們?cè)趪L試?yán)斫庖庾R(shí)時(shí)將注意力轉(zhuǎn)向其他地方。在這方面，展開(kāi)論證表明，意識(shí)必須在比神經(jīng)連線更抽象的層面上得到解釋。事實(shí)上，任何提出的基于神經(jīng)連接的框架都受制于展開(kāi)論證：任何網(wǎng)絡(luò)都可以被等價(jià)的前饋網(wǎng)絡(luò)所取代，后者具有不同的連接，但導(dǎo)致關(guān)于意識(shí)的相同實(shí)證觀察。只有那些抽象掉實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)并專(zhuān)注于解釋哪些類(lèi)型的功能對(duì)意識(shí)重要的理論，才能避免這些挑戰(zhàn)。為了保持在科學(xué)領(lǐng)域之內(nèi)，意識(shí)必須根據(jù)其做什么來(lái)描述，而不是根據(jù)其如何做來(lái)描述。

原文鏈接：https://www.researchgate.net/publication/333802932_The_Unfolding_Argument_Why_IIT_and_Other_Causal_Structure_Theories_Cannot_Explain_Consciousness