群體中的恒河猴會記憶伙伴的復(fù)雜社會行為，蝙蝠群落交流時會同步大腦狀態(tài)。大部分復(fù)雜的大腦都有一種渴望，也就是與其他大腦和諧共處。智能，并非僅僅來自單個大腦的運作，也來自多個大腦的協(xié)同互動。復(fù)雜系統(tǒng)的視角讓我們從多個相互關(guān)聯(lián)的尺度來研究動物的智能，從神經(jīng)元到大腦和器官，然后再到成對的個體乃至群體。所有這些層面如何相互關(guān)聯(lián)，涌現(xiàn)出復(fù)雜的社會智能。
研究領(lǐng)域：社會智能，集體神經(jīng)科學(xué)，同步，復(fù)雜系統(tǒng)
人類并非是唯一一種能夠稱得上有教養(yǎng)地遵守社會規(guī)范的生物。如果一群成年雄性恒河猴 (Macaca mulatta) 發(fā)現(xiàn)自己坐在擺滿食物的轉(zhuǎn)臺周圍，他們也會表現(xiàn)出禮尚往來的互惠精神。如果一只猴子給另一只猴子一塊水果，它會期望因此獲得回報。如果沒有得到預(yù)期的回報，第一只猴子很可能進(jìn)行報復(fù)，比如在輪到他時會拒絕放棄食物。猴子也喜歡結(jié)成小圈子；如果小圈子看到成員之一對一只猴子很友善，他們就會集體對這只猴子表現(xiàn)出善意。留心觀察的話，他們看起來就像一群朋友在酒吧里互相買酒。
盡管數(shù)十年的研究已經(jīng)破除了社會性（sociality）為人類所獨有之類的神話，科學(xué)家們?nèi)匀徊磺宄游飩€體是如何存儲自身所嵌入（embedded）的社會結(jié)構(gòu)信息。猴子是僅僅通過一種復(fù)雜的鏡像形式相互模仿并分享食物？抑或是真的依據(jù)自己和他人行為的記憶來在更廣泛的群體互作中做出決定？
多年來，生物學(xué)家使用各種理論來回應(yīng)這些問題。盡管19世紀(jì)以降的博物學(xué)家關(guān)注動物行為時側(cè)重心理和生理，直到上世紀(jì)30年代，在 Nikolaas Tinbergen 和 Karl von Frisch 為代表的動物學(xué)家開創(chuàng)性的工作之后，該領(lǐng)域才將研究重點再次放回通過進(jìn)化論來闡釋社會行為上。
隨著動物行為研究這一現(xiàn)代行為學(xué)學(xué)科的出現(xiàn)，現(xiàn)存兩種主要的動物社會生活調(diào)查方式。其一是觀察野外動物來獲取數(shù)據(jù)，以“從外向內(nèi)”（outside in）的視角觀察來了解群體動態(tài)，但這也使研究者難以從個體生物的大腦活動去解釋行為。其二則是基于檢測個體的大腦活動，嘗試在神經(jīng)脈沖發(fā)放與動物的行為模式之間找到聯(lián)系，這一“由內(nèi)而外”（inside out）的視角也決定了群體層面的動態(tài)常常難以被顧及。這兩種范式都無法講述一個完整的故事。
新一代的科學(xué)家們正在試圖用更精細(xì)的方法去研究動物社會性新范式。這項被稱為“集體神經(jīng)科學(xué)”（collective neuroscience）的研究項目緣起于這樣一種觀點：有別于通常認(rèn)識當(dāng)中的為了解決問題而進(jìn)化，大腦進(jìn)化可能主要是為了幫助動物作為社會群體的成員而存在，由此切入研究或許會有不同的發(fā)現(xiàn)。由于嵌入社會結(jié)構(gòu)的大腦會改變自身和其他大腦的行為方式，因此僅孤立地研究不能提供完整視野的個體是沒有意義的。基于智能是在多個大腦之間循環(huán)因果關(guān)系的動力學(xué)這一觀點，研究人員利用最新的神經(jīng)成像技術(shù)，來更詳細(xì)地了解多種動物在參與各種社交活動時的大腦狀態(tài)。我們希望這些技術(shù)手段、觀察方法可以幫助找到關(guān)于動物如何感知他們的社會世界以及感知如何被神經(jīng)編碼的答案。
除了非人類動物社會，“集體神經(jīng)科學(xué)”或許還可能幫助我們破譯人類社會的復(fù)雜性。由于大腦在與他人建立關(guān)系時往往會以不同的方式運作，因此我們可能有必要認(rèn)識到，除了關(guān)注個人病狀，根據(jù)更廣泛的社會環(huán)境來調(diào)整干預(yù)措施以改善心理健康或許更重要。此外，如果社會性是通往智能之路的必要步驟，那么在完全不同的領(lǐng)域，比如在機器學(xué)習(xí)算法是否真的有機會接近人類智能這樣的問題上，或許需要考慮把它們嵌入到有更多其他算法的“社會”中。
在動物認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的主流研究中，大腦的某些區(qū)域往往被認(rèn)為與感知、行動、記憶、注意力、決策、社會性有關(guān)。但根據(jù) Florida Atlantic University 腦科學(xué)與復(fù)雜系統(tǒng)研究中心的 Emmanuelle Tognoli 的觀點，在用集體的視角來研究動物行為時，我們會發(fā)現(xiàn)，大部分復(fù)雜的大腦都有這樣一種渴望，也就是與其他大腦和諧共處。包括 Tognoli 在內(nèi)，很多研究者相信，大腦在信息復(fù)雜性上的進(jìn)化很可能是為了引導(dǎo)和協(xié)調(diào)社會關(guān)系。她說，如果確實如此，那么忽視社會性的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)可能毫無意義。
許多認(rèn)知科學(xué)研究關(guān)注大腦如何對基本刺激做出反應(yīng)——例如如何解決朋友向我們傾訴的問題，或者如何在幾周后仍然能夠回憶起某次對話內(nèi)容。“但即使是一項兩個個體間的動力學(xué)研究，也通常缺乏在有機的、更復(fù)雜的社會群體中自然呈現(xiàn)出的互動多樣性，比如注意力分配、小團(tuán)體創(chuàng)建和盟友招募，” Paris Brain Institute 的研究員 Julia Sliwa 如是說。她曾開創(chuàng)性地撰寫了一篇關(guān)于動物研究中需要更多的集體神經(jīng)科學(xué)的論文。Julia Sliwa 等研究者試圖顛覆的是這樣一種傳統(tǒng)觀念，即智能，或者在本文中所討論的物種的社會智能（social intelligence），完全來自單個大腦的運作。到目前為止，人們一直在研究的是單個大腦中的神經(jīng)元組如何在大腦中創(chuàng)造信息。但我們同樣需要關(guān)注這些信息是如何在多個協(xié)同工作的大腦之間完成加工和處理。
迄今為止，證明這一想法的主要困難在于技術(shù)問題，尤其是對于非人類動物而言。動物神經(jīng)科學(xué)研究中往往需要將動物連接到實驗室笨重的機器上，并鼓勵它們成對互動，因此這些人為變量不可避免地扭曲了自然存在的社會動力學(xué)。不過目前的無線神經(jīng)生理記錄設(shè)備等新的便攜式技術(shù)手段使得在自然環(huán)境中觀察生物在更大群體中的有機互作成為可能。
回到我們開頭提到的恒河猴的故事，這是 2021 年末發(fā)表于 Science 雜志上的一項哈佛神經(jīng)外科研究。研究人員通過精度極高的、記錄特定神經(jīng)元的頭盔監(jiān)測猴腦活動。他們觀察到每種互動似乎都涉及背內(nèi)側(cè)前額葉皮層（dorsomedial prefrontal cortex，這一腦區(qū)通常被認(rèn)為在社交互動中發(fā)揮作用）中的幾個標(biāo)志性神經(jīng)元被“點亮”。不同神經(jīng)元會根據(jù)環(huán)境做出不同反應(yīng)——一些神經(jīng)元在沒有得到水果時放電，當(dāng)被回應(yīng)時保持沉默，而另一些神經(jīng)元則有相反的行為。還有其他神經(jīng)元似乎負(fù)責(zé)編碼有關(guān)選擇、結(jié)果和其他猴子之間互動的信息。換句話說，可能存在負(fù)責(zé)記錄伙伴的復(fù)雜社會行為的神經(jīng)元。
關(guān)于恒河猴社會行為的研究
論文題目：Social agent identity cells in the prefrontal cortex of interacting groups of primates
論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abb4149
哈佛研究人員將這些觀察結(jié)果提取到神經(jīng)元地圖中，這使他們能夠預(yù)測恒河猴在現(xiàn)實生活中是否進(jìn)行回報或報復(fù)。這些預(yù)測結(jié)果非常準(zhǔn)確，表明特定的神經(jīng)元可以代表特定的社會信息片段。為了進(jìn)一步驗證這一發(fā)現(xiàn)，研究人員還通過施加微小電流擾動猴腦特定部分神經(jīng)元活動，以查看這是否會妨礙恒河猴進(jìn)行社交活動且仍然能夠執(zhí)行如記憶決策等其他認(rèn)知功能。的確，這些擾動使得恒河猴社交能力下降，像預(yù)測的一樣無法進(jìn)行回報或報復(fù)。
Sliwa 提到的第二種實驗范式關(guān)注“腦對腦同步”（brain-to-brain synchronisation）。在 2010 年的一項重要研究中，蒙特利爾大學(xué)計算精神病學(xué)助理教授 Guillaume Dumas 證明了在一起參與活動時，人類受試者的大腦會在神經(jīng)學(xué)層面上有著相似的反應(yīng)，比如在做出搞笑但無意義的手勢時對視。另一項 Dumas 自己也參與了的研究則是給一對愛侶中的一人以疼痛刺激——二人或單獨在一個房間中，或和伴侶在一個房間里，或在一個房間里且和伴侶手牽手——并監(jiān)測對大腦同步活動的影響。不出所料，最后一種情況下，手牽手的愛侶大腦信號同步最強，接受疼痛刺激的一方也報告疼痛減輕。（其他研究已經(jīng)表明，如果僅和陌生人牽手，鎮(zhèn)痛效果會低得多。）
腦對腦同步的研究
論文題目：Inter-Brain Synchronization during Social Interaction
論文鏈接：https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0012166
人類牽手時腦與腦耦合的研究
論文題目：Brain-to-brain coupling during handholding is associated with pain reduction
論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1703643115
這項工作也擴(kuò)展到其他語境中。普林斯頓神經(jīng)科學(xué)研究所的研究員 Uri Hasson 證明，一個好的故事講述者可以使自身和聽眾的大腦活動實現(xiàn)同步（如果之間有共同觀點、經(jīng)歷和信念）。根據(jù) Max Planck – NYU Center for Language, Music and Emotion 高級研究員 Suzanne Dikker 的研究，在課堂環(huán)境中，學(xué)生的腦電波與同齡人的同步程度可以很好地預(yù)測他們的參與程度，以及他們在團(tuán)隊中的感受。
那么這種現(xiàn)象是否存在于非人類動物中呢？加州大學(xué)伯克利分校的神經(jīng)科學(xué)家也在 Science 雜志上發(fā)表了一篇論文，在集體神經(jīng)科學(xué)視角下來觀察果蝠（fruit bats）這種群居動物，他們大部分生命都在一個群體中度過，白天一起擠到小角落，晚上成群覓食。
群居動物果蝠的研究
論文題目：Cortical representation of group social communication in bats
論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aba9584
研究人員使用無線神經(jīng)生理記錄設(shè)備追蹤蝙蝠的大腦活動。這些動物在圍欄中飛來飛去，并用它們標(biāo)志性的高音尖叫相互交談。就像恒河猴的研究一樣，當(dāng)蝙蝠識別和區(qū)分群體不同成員的叫聲時，有著不同的神經(jīng)元放電模式，一只蝙蝠的叫聲會刺激聽者特定某組神經(jīng)元的活動，而另一只蝙蝠的叫聲則刺激另一組神經(jīng)元。這種對應(yīng)關(guān)系非常清晰，以至于當(dāng)在安靜的房間里觀察屏幕上蝙蝠的大腦活動時，研究人員可以識別出是哪些蝙蝠在叫。
此外，研究發(fā)現(xiàn)，整個蝙蝠群落在進(jìn)行交流時會同步大腦狀態(tài)。他們的神經(jīng)元以類似的方式發(fā)放峰電位和振蕩，使大腦“同頻共振”。如果蝙蝠之間關(guān)系不錯、常常待在一起，大腦同步會更加強烈——這種效果也許類似于 Dumas 研究中的發(fā)現(xiàn)。在社會亞群中也觀察到了同樣的效果；當(dāng)其中一只發(fā)聲時，這些小團(tuán)體的成員也有更清晰的神經(jīng)元表征。
神經(jīng)科學(xué)家還嘗試單獨向一些蝙蝠播放錄音，但未能激發(fā)相關(guān)大腦區(qū)域的活動——也許表明蝙蝠知道這并非真正的社交互動。這種影響可能部分源于動物使用視覺和嗅覺以及聽覺來處理彼此的存在。但是，這也可能表明，個體大腦的神經(jīng)元需要另一個大腦的存在才能記錄社會動態(tài)，也即社交語境調(diào)節(jié)大腦內(nèi)部與大腦之間的活動。
當(dāng)然，此中奧義頗多，我們尚未完全破解。誠然，當(dāng)兩只蝙蝠伙伴互相呼喚時，特定的神經(jīng)元會被調(diào)用、同步，而當(dāng)兩只猴子分享食物時，特定的神經(jīng)元會被“點亮”。但與此同時，這些神經(jīng)元是否在同步、識別或編碼互動中傳達(dá)的信息仍有待確定。關(guān)于社交信息隨著時間推移保留的程度，或者它是否只是在當(dāng)下的社交活動期間，我們也暫時不清楚。盡管如此，集體神經(jīng)科學(xué)研究無疑取得了長足的進(jìn)步。Silwa 說，在之前的大多數(shù)研究中，研究人員甚至無法找到一個神經(jīng)元放電與否的原因，無論答案是動物已經(jīng)意識到正在與他們的伙伴互動，還是僅僅由于與另一只動物互動。
根據(jù) Silwa 的說法，這些初步研究也是更大難題的重要部分。上述結(jié)果證實了這樣一種觀點，即當(dāng)對許多大腦一起進(jìn)行研究時，科學(xué)家有可能獲得全新的發(fā)現(xiàn)。最重要的是，這也意味著放棄刺激和輸入、行為和輸出之間的清晰劃分，相反，集體神經(jīng)科學(xué)涉及對復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)的思考，其中因果關(guān)系不是線性的而是循環(huán)的，社會行為和神經(jīng)互動以難以捉摸的方式相互交織。
在一個運動隊中，每個球員的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以告訴你很多關(guān)于他們是否會為球隊做出好的補充，但是球員之間是否有共鳴、同步性如何、是否團(tuán)隊合作，不能通過他們的得分或助攻數(shù)來量化。然而，這種集體的“X 因子”可以使一支優(yōu)秀的團(tuán)隊成長為夢之隊。
在社會動物神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域，研究者并非盯著單個大腦活動，而是觀察個體大腦如何影響社交語境并受到其反作用。根據(jù) Tognoli 的觀點，復(fù)雜系統(tǒng)的視角要求我們從多個相互關(guān)聯(lián)的尺度來研究動物神經(jīng)科學(xué)：從神經(jīng)元到大腦和器官，然后再到成對的個體乃至群體，所有這些層面如何相互關(guān)聯(lián)。認(rèn)知本質(zhì)上是一個動態(tài)過程，不僅發(fā)生在大腦內(nèi)部和大腦之間，而且涵蓋了各種生物、行為和社會組織的方面。
繪制神經(jīng)元活動與特定社會互動的關(guān)系圖，了解群體社會動力學(xué)對大腦的影響，也可以揭示人類社會的各個方面。舉個例子，集體神經(jīng)科學(xué)提供了一種不同的方式來看待抑郁癥和精神分裂癥等神經(jīng)精神疾病，它們不是作為大腦中個體“功能障礙”（dysfunctions）的特例，而是伴隨多種動態(tài)生理和社會進(jìn)程所出現(xiàn)的現(xiàn)象。如果我們本質(zhì)上是一種“社會存在”（social beings），文化對人類進(jìn)化產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，那么我們?nèi)绾尾拍苌钊肓私馊祟愓J(rèn)知？恒河猴等研究性實驗有助于識別與異?；蛘Ｉ鐣袨橄嚓P(guān)的腦區(qū)，而對人類的相關(guān)研究也會產(chǎn)生新的療法或干預(yù)的可能性。
在人工智能領(lǐng)域，接受集體神經(jīng)科學(xué)范式與否可能意味著真正的智能與有用但局限的算法之別。如果人類復(fù)雜的認(rèn)知結(jié)構(gòu)源于他們參與社會和文化學(xué)習(xí)的能力，那么計算機科學(xué)家也應(yīng)該注意到這一關(guān)鍵。計算精神病學(xué)家 Dumas 表示，人工智能中的社交互動就像物理領(lǐng)域中的暗物質(zhì)：“我們很清楚它的存在，但我們還不知道如何直接研究它。到目前為止，人工智能在將社會認(rèn)知視為一項潛在任務(wù)，而不是復(fù)雜認(rèn)知的構(gòu)成方面，或許有些唯我論（solipsistic）和個人主義（individualistic）?！彼壳暗墓ぷ髦饕P(guān)于創(chuàng)建框架，將這種多維形式的社會智能包含在人工智能的編碼方式中，利用對社會學(xué)習(xí)的理解來幫助機器向人類認(rèn)知水平前進(jìn)。
社會互動就像是人工智能中的“暗物質(zhì)”
論文題目：Social Neuro AI: Social Interaction as the 'dark matter' of AI
論文地址：https://arxiv.org/abs/2112.15459
Sliwa 提醒道，為了應(yīng)對未來的挑戰(zhàn)，這并不是完全放棄單腦神經(jīng)科學(xué)的問題，網(wǎng)絡(luò)中的互動可能解釋了我們在非人類動物身上看到的大部分社會智能——但這也是因為它們的大腦能夠獨立分析社會互動。繼續(xù)研究單個大腦如何擁有這種先進(jìn)的認(rèn)知能力，以及這些個體大腦如何分組工作仍然至關(guān)重要。但如果意識到智能是關(guān)于多個大腦之間反饋回路的動態(tài)，那么我們的研究方式也得是一個由不同循環(huán)框架相互反饋的系統(tǒng)——許多不同層次研究的循環(huán)（a lot of loops of different levels of investigation）。
Sofia Quaglia | 作者
任卡娜 | 譯者
鄧一雪 | 編輯
