應(yīng)該說(shuō)，不僅人類(lèi)有意識(shí)，高等動(dòng)物都有意識(shí)（感知、認(rèn)知、判斷、記憶、想象、思考、動(dòng)機(jī)、行為）。意識(shí)是人類(lèi)對(duì)高級(jí)神經(jīng)心理活動(dòng)想象的概念概括，雖然有的人狹隘地只認(rèn)同人才有意識(shí)，但是無(wú)可否認(rèn)的是，動(dòng)物與人類(lèi)共享著同樣一套意識(shí)機(jī)制，那就是“大腦皮層的神經(jīng)中樞”。而人類(lèi)思維的本質(zhì)正是“大腦皮層神經(jīng)中樞”的高度有序的電生化活動(dòng)。

關(guān)于大腦

對(duì)于包含人類(lèi)在內(nèi)的動(dòng)物來(lái)說(shuō)，大腦是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的控制中心并負(fù)責(zé)思考。大多數(shù)動(dòng)物的大腦位于頭部，受到頭骨的保護(hù)，并且靠近視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、平衡感、味覺(jué)和嗅覺(jué)等主要感覺(jué)器官。雖然所有脊椎動(dòng)物都有大腦，但大多數(shù)無(wú)脊椎動(dòng)物也都有集中的大腦或個(gè)別神經(jīng)節(jié)的集合。原始動(dòng)物如海綿根本沒(méi)有大腦。大腦可能非常復(fù)雜，例如，人類(lèi)大腦包含大約860億個(gè)神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元與多達(dá)1萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元相連。

上圖：來(lái)自新型Connectom掃描儀的全腦擴(kuò)散光譜圖像，顯示出人腦中的神經(jīng)纖維束走向。

理解大腦與思維之間的關(guān)系，即“思想-身體問(wèn)題”是哲學(xué)史上的核心問(wèn)題之一。這在哲學(xué)和科學(xué)上都是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。在歷史的大部分時(shí)間里，許多哲學(xué)家發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知可以通過(guò)腦組織（即神經(jīng)元和突觸）等物理物質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這是不可思議的。笛卡爾就曾對(duì)意識(shí)與腦的關(guān)系進(jìn)行過(guò)廣泛的思考，他發(fā)現(xiàn)用機(jī)械術(shù)語(yǔ)來(lái)解釋反射和其他簡(jiǎn)單行為是可行的，盡管他不相信復(fù)雜的思想，特別是語(yǔ)言，可以?xún)H通過(guò)物理大腦來(lái)解釋。

物質(zhì)大腦與意識(shí)之間強(qiáng)烈關(guān)系的最直接的科學(xué)證據(jù)是對(duì)大腦的物理改變對(duì)意識(shí)帶來(lái)的影響，例如創(chuàng)傷性腦損傷和精神性藥物使用。所以從現(xiàn)象和經(jīng)驗(yàn)上，大眾都能夠得出大腦與意識(shí)的關(guān)系。

在抽象的哲學(xué)之外，意識(shí)和大腦之間的關(guān)系如今越來(lái)越多地涉及到諸多具體的科學(xué)領(lǐng)域，包括理解心理活動(dòng)和大腦活動(dòng)之間的關(guān)系，藥物影響認(rèn)知的確切機(jī)制以及意識(shí)的神經(jīng)相關(guān)性等等。

人類(lèi)意識(shí)產(chǎn)生的歷史軌跡

人類(lèi)進(jìn)化的時(shí)間跨度大約有700萬(wàn)年，從黑猩猩屬分離到5萬(wàn)年前現(xiàn)代人類(lèi)行為的出現(xiàn)——在這個(gè)時(shí)間跨度中，前300萬(wàn)年可能大概講述的是乍得人猿(人科動(dòng)物最早的祖先)的進(jìn)化史，接下來(lái)的200萬(wàn)年大概是被南方古猿所領(lǐng)銜，而最后的200萬(wàn)則涵蓋了人屬發(fā)展（舊石器時(shí)代）的歷史。人類(lèi)智慧的許多特征，例如同理心、哀悼、儀式以及符號(hào)和工具的使用，在類(lèi)人猿中已經(jīng)很明顯，盡管其復(fù)雜程度低于人類(lèi)。人類(lèi)意識(shí)漸進(jìn)進(jìn)化的路徑大致由古生物學(xué)和考古學(xué)所證實(shí)，因此我們沒(méi)有理由區(qū)分動(dòng)物和人類(lèi)的意識(shí)的本質(zhì)——人類(lèi)的意識(shí)基本上不可能是神授的，也不大像是外星人賦予的，就是自己長(zhǎng)成這樣的。

上圖：從乍得人猿到現(xiàn)代人腦量的連續(xù)變化。自200萬(wàn)年前，類(lèi)人猿的腦量開(kāi)始快速上升。

意識(shí)產(chǎn)生的生理基礎(chǔ)

神經(jīng)科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)是意識(shí)的物理基礎(chǔ)。在系統(tǒng)層面，神經(jīng)科學(xué)家研究生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如何在生理上發(fā)生相互作用以產(chǎn)生諸如反射、多感覺(jué)整合、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)、晝夜節(jié)律、情緒反應(yīng)、學(xué)習(xí)和記憶等心理功能和內(nèi)容。

對(duì)每一個(gè)神經(jīng)元來(lái)說(shuō)，接受來(lái)自其他神經(jīng)元的生物電刺激并將超越特定門(mén)限值的電刺激以不同的權(quán)重向其他神經(jīng)元傳遞就是意識(shí)的微觀基本原理。此模式在當(dāng)今熱門(mén)的人工智能領(lǐng)域已經(jīng)被充分地?cái)?shù)學(xué)模型化，而以數(shù)學(xué)抽象之后的神經(jīng)元模型能夠更清楚地揭示神經(jīng)產(chǎn)生智能以及意識(shí)的機(jī)理，接下來(lái)我們來(lái)看看AI（人工智能）。

上圖：神經(jīng)元的基本結(jié)構(gòu)，下面要用到這些概念。

人工神經(jīng)元

人工神經(jīng)元的基本模式就是模擬生物神經(jīng)元的各個(gè)方面：

• 樹(shù)突 - 在生物神經(jīng)元中，樹(shù)突充當(dāng)了輸入端的角色。這些樹(shù)突允許細(xì)胞從大量（大于1000個(gè)）相鄰神經(jīng)元接收信號(hào)。每個(gè)樹(shù)突能夠以各自的“權(quán)重值”對(duì)輸入的電脈沖信號(hào)進(jìn)行“加成”。樹(shù)突上的突觸末端神經(jīng)遞質(zhì)與突觸內(nèi)的神經(jīng)遞質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生物電流信號(hào)的放大和抑制，不同濃度的神經(jīng)地質(zhì)和相關(guān)信使化學(xué)分子造就了不同突觸的導(dǎo)電差異，因而形成某種“權(quán)重”（權(quán)重在這里的基本含義就是各條路線輸入的信號(hào)的“份量”），而這種權(quán)重就是記憶的形成基礎(chǔ)。
  

• 神經(jīng)元胞體 - 在生物神經(jīng)元中，神經(jīng)元胞體相當(dāng)于某種加權(quán)求和過(guò)程（或者說(shuō)某種綜合過(guò)程）。由于正和負(fù)信號(hào)（激發(fā)和抑制）從樹(shù)突到達(dá)體細(xì)胞，通過(guò)在細(xì)胞體內(nèi)的溶液中混合在一起的簡(jiǎn)單特性，正負(fù)離子被有效地加總（多路信號(hào)變成單路信號(hào)），這實(shí)際上是一種信息簡(jiǎn)化和抽象的過(guò)程。
  

• 軸突 - 軸突從神經(jīng)元胞體的求和行為中獲取信號(hào)，相當(dāng)于輸出端。軸突基部的開(kāi)口能夠?qū)Πw內(nèi)細(xì)胞質(zhì)液體的電位進(jìn)行采樣，一旦胞體達(dá)到一定的電位，軸突將沿其長(zhǎng)軸把信號(hào)脈沖傳遞給其末端連接的多個(gè)下游神經(jīng)元細(xì)胞的樹(shù)突。從這一點(diǎn)說(shuō)，軸突還有某種“門(mén)限”的作用，也就是說(shuō)要超過(guò)一定的強(qiáng)度才會(huì)發(fā)出信號(hào)，低于這個(gè)強(qiáng)度就保持靜默。這是生物神經(jīng)元的一個(gè)重大特點(diǎn)，這種門(mén)限的微觀特征會(huì)表現(xiàn)為生物總體智能的宏觀特征。

因此模擬上述生物神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)，人工神經(jīng)元可以通過(guò)數(shù)學(xué)公式的方式來(lái)模擬生物神經(jīng)元的工作模式。

上圖：一個(gè)簡(jiǎn)單的多層人工神經(jīng)元系統(tǒng)的工作過(guò)程示意——這實(shí)際上是對(duì)外部輸入特征的總結(jié)過(guò)程。

• 人工神經(jīng)元需要先“訓(xùn)練”建立人工神經(jīng)系統(tǒng)中的“權(quán)重體系”，即每個(gè)神經(jīng)元與其他神經(jīng)元連接的“強(qiáng)度值”；
  

• 在學(xué)習(xí)完畢后，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，新鮮的輸入信息會(huì)按既定的權(quán)重值來(lái)得出“判斷”結(jié)果。
  

這個(gè)過(guò)程和生物神經(jīng)系統(tǒng)的工作模式幾乎完全一樣。然而，與大多數(shù)人工神經(jīng)元不同，生物神經(jīng)元以離散脈沖發(fā)射。每次體內(nèi)電勢(shì)達(dá)到一定閾值時(shí)，脈沖沿軸突傳遞。這種脈沖可以轉(zhuǎn)化為連續(xù)值。軸突發(fā)射的速率（每秒激活的速率）直接轉(zhuǎn)換成相鄰細(xì)胞傳入信使化學(xué)物質(zhì)離子的速率。生物神經(jīng)元發(fā)射得越快，附近的神經(jīng)元就越快積累電勢(shì)（或失去電位，取決于連接到發(fā)射的神經(jīng)元的樹(shù)突的“權(quán)重”）。正是這種轉(zhuǎn)換允許計(jì)算機(jī)科學(xué)家和數(shù)學(xué)家使用可以輸出不同值（通常從-1到1）的人工神經(jīng)元來(lái)模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

上圖：計(jì)算機(jī)模擬的大腦皮層錐體神經(jīng)元的圖像，揭示分叉的樹(shù)突表現(xiàn)出復(fù)雜計(jì)算行為，而不僅僅是作為被動(dòng)連接。

人類(lèi)的意識(shí)就產(chǎn)生于巨量的神經(jīng)元之間以上述模式有序相互作用的宏觀過(guò)程。

目前在計(jì)算神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出大規(guī)模的模擬人類(lèi)大腦的人工智能模型，對(duì)簡(jiǎn)化和有效的大腦區(qū)域功能進(jìn)行模擬，例如丘腦、基底神經(jīng)節(jié)、前額葉皮層、運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)和枕葉皮質(zhì)，而后更復(fù)雜的模擬還可以進(jìn)行學(xué)習(xí)、響應(yīng)視覺(jué)刺激、協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)反應(yīng)、形成短期記憶，并學(xué)會(huì)響應(yīng)圖案等等。

而在人工智能領(lǐng)域，除了開(kāi)發(fā)出能夠針對(duì)特定問(wèn)題進(jìn)行智能學(xué)習(xí)的深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（實(shí)際上人工智能的深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)），例如阿法狗(AlphaGo)就是面向圍棋的人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，而它已經(jīng)在某些方面表現(xiàn)出了類(lèi)似人類(lèi)一般的“意識(shí)”，例如阿法狗會(huì)受到對(duì)手出其不意的新招的迷惑，會(huì)基于以往的經(jīng)驗(yàn)對(duì)策略進(jìn)行創(chuàng)新。

如果將阿法狗的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)再加寬加深若干倍，用通用的超級(jí)量子計(jì)算機(jī)來(lái)運(yùn)行，是不是就能產(chǎn)生出類(lèi)似甚至超人類(lèi)的意識(shí)呢？很有可能呢！因?yàn)槿祟?lèi)已經(jīng)掌握了意識(shí)的本質(zhì)了！

總結(jié)

人類(lèi)意識(shí)的本質(zhì)是神經(jīng)元基本電生化工作模式的宏觀集合，而智能是意識(shí)的高級(jí)部分，是生物在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中經(jīng)過(guò)若干代的自然選擇對(duì)這么一種復(fù)雜的智能系統(tǒng)進(jìn)行的“自然訓(xùn)練”而產(chǎn)生的一套高度發(fā)達(dá)的生物神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)體系。而目前人類(lèi)已經(jīng)通過(guò)自己的智能在另一種非生物的機(jī)制上復(fù)制了這套體系并取得成功，這反過(guò)來(lái)闡釋了這套體系的基本工作原理，也闡釋了智能和意識(shí)的本質(zhì)。