自我意识的基础：镜像神经元

你好，欢迎来到生命科学50讲，我是王立铭。我们继续讨论自我意识的生物学。

上节课，我们回答了自我意识三个最基本的问题：自我意识是什么？它是人类独有的吗？它对生命和智慧的存在有什么意义？

这一节课，我们就来讨论一个更深层次的问题：自我意识的生物学解释到底是什么？

我先给出一个简单的回答——自我意识的生物学基础 ，可能是大脑里一群特殊的神经细胞，叫做镜像神经元。

我用了“可能”这个词，是因为一直到今天，关于自我意识的神经生物学基础，关于镜像神经元在中间起的作用，仍然是一个争论不休的谜题。

我们甚至连人脑中到底存在多少镜像神经元，它们主要分布在哪儿，它们的生物学本质是什么，都非常不清楚。

因此，一个非常有趣的现象是：关于镜像神经元，存在一种科学发现，多种表述，所谓“一科各表”的情况。

特别乐观的人会认为，它是塑造人类智慧的最重要的物质基础，特别悲观的人会认为，它是上个世纪神经生物学最大的谎言。

咱们的课学到现在，还是第一次遇到类似的情况，这样的情况在整个生物学，乃至整个自然科学里都非常少见。

黑手党实验：自我意识的新思路

在介绍镜像神经元这个概念之前，我想先请你来思考一个问题：请你闭上眼睛回想一下，当你自己照镜子的时候，你到底是如何判断出镜子中的那个形象，就是我们自己的？

你可能会说这太简单了，通过照片，通过录像，我早就知道自己长什么样子了。当我在镜子里看到一个长得一模一样的人的时候，我当然知道那就是自己。

但你仔细想想，可能就会发现这个解释站不住脚。

在照片发明之前，在肖像画发明之前，甚至在镜子发明之前，普通人其实是不可能提前知道自己究竟是长什么样子的。更不要说在盖洛普的镜子实验当中，黑猩猩是从来没有使用过镜子的。

但即便如此，你把它第一次拉到一面镜子面前，它仍然可以准确地识别出，镜子里的这个形象就是它自己。这种识别过程是怎么发生的呢？

我设计了一个全新的思想实验，来和你一起讨论这个问题。我给它取了一个好记的名字——“黑手党实验”。

假设我找一千个高矮胖瘦和你差不多的人围在你周围，每个人都穿一样的衣服，戴一样的鸭舌帽和墨镜，穿着黑风衣，别着左轮手枪，一副黑手党的打扮。

然后，你们一千个人同时对着一面大镜子，这个时候，你还能不能知道镜子里面到底哪个人是你呢？

你还是有办法的。

比如：你隐蔽地做几个小动作，转动一下眼珠，皱一皱眉头，扭一扭腰，就会马上知道，镜子里正在同时做同样动作的人，必然就是你自己。

这个假想的黑手党实验，其实提供了一个解释自我意识的简单思路。

什么意思呢？

根据这个实验你会发现，自我意识的产生，需要结合两方面的信息。

一方面，需要采集外部世界的信息输入，比如：看到镜子里到底是谁正在转眼珠、皱眉头、扭腰；

而另一方面，同时需要采集关于自身的信息输入，得知道我自己现在也正在转眼珠、皱眉头、扭腰。

如果两方面的信息在时空上高度吻合，我们就会产生一个“这就是我”的想法，就能顺利通过镜子测试。也就是说，我们客观上就拥有了自我意识。

这里也许有点不好理解，没关系，我再说得更具体一些：如果想象我们的大脑中存在这样的一群神经细胞，它能同时检测到外部世界的感觉输入和来自身体内部的感觉输入。

如果两种输入很吻合，它就会产生类似的反应。那这群神经细胞的活动，就有可能是自我意识的生物学基础。

镜像神经元：可能的生物学基础

那么，根据黑手党实验提供的这个解释自我意识的思路，我们大脑中到底有没有这样的神经细胞呢？

还真有，这就是所谓的镜像神经元。这种神经细胞是上个世纪90年代初，意大利神经生物学家里佐拉蒂（Giacomo Rizzolatti）发现的。

他当时正在研究猴子的大脑是怎么控制躯体运动的，于是，他就把非常细的电极，插入猴子大脑里专门负责运动的那块区域，来记录神经细胞产生的电信号。

他发现，猴子的脑袋里有这么一些神经细胞，在猴子伸手去抓桌子上放着的花生时，就会产生强烈的电信号。

紧接着，他无意中发现，如果是负责做实验的科学家去抓桌子上的花生，猴子脑袋里的这些神经细胞，也同样会产生强烈的电信号。

这太有意思了。

也就是说，猴子大脑中有一群细胞，会而且只会对两种相互对应，但性质截然不同的事情起反应：

• 第一种，是猴子自己在做某件事的时候；
• 第二种，是猴子看见别人在做同样一件事的时候。

这个现象其实很像照镜子的过程。正因为这些神经细胞，会对互为镜像的两种现象产生类似的反应，所以里佐拉蒂就叫它镜像神经元。

结合我们刚刚的讨论，这种镜像神经元好像天然地就可以和自我意识联系上。因为它确实具备了把对自身的感觉和对外在世界的感觉，联系在一起的能力。

在过去20年里，对于镜像神经元的功能有各种各样的研究。

比较保守的猜测认为，它们可能能够帮助我们更好地理解其他人的行为。而更激进的猜测就包括同情心、语言能力等等，当然还有最高级的自我意识。

当然，这些假说也收获了非常多的反驳。有些人甚至完全不相信真的存在一群特殊的镜像神经元。

因为，直到今天为止，人类判断一个神经细胞是不是镜像神经元，唯一的办法就是扎入一根电极，看看它是不是能对外界和自身的同样动作产生类似的反应。

我们不知道这些神经元主要分布在大脑的哪里。实际上，在大脑的很多区域，据说都发现了镜像神经元的存在，但是，又没有一个地方集中出现很多镜像神经元。

我们也不知道这些神经元长什么样子，表达什么样的蛋白质，有什么样的功能。

我们甚至都不能确定，人类的大脑中有没有类似的神经细胞。毕竟，我们没办法在活人的脑袋里扎入电极做实验。

一个更有力的反驳是，镜像神经元的理论有一个非常让人迷惑的假设，那就是这些神经细胞能看懂别的动物的动作。

比如：我们回到里佐拉蒂发现镜像神经元的那个实验里，猴子的神经细胞会对抓花生这个动作发生反应。但是，如果科学家仅仅是挥挥手摸摸头，它就不会有反应。

也就是说，这些神经细胞能一眼判断出这个科学家的动作是什么，是不是冲着花生去的。

这个判断涉及到非常复杂的心理活动，很难想象一个孤零零的神经元自己是怎么做到的。

当然，科学史上惊人的发现也多得是，但是请记住一句话：惊人的说法需要更惊人的证据。

而至少在镜像神经元这个例子里面，人类科学家能拿得出手的证据，实在是少得可怜。

所以，关于镜像神经元，关于自我意识的争论，还将持续很长时间。

吃药片的机器人：人工创造自我意识

前面我们已经讨论了黑手党实验和镜像神经元，如果你有哪里不太清楚，建议你以后可以再听一遍。

现在，我们可以暂且不管镜像神经元是不是真的，能不能解释自我意识，黑手党思想实验和镜像神经元的研究，本身就能提示一种人工创造自我意识的思路。

说到底，黑手党实验和镜像神经元，都是在说需要一种能够同时进行自我状态检测，和外部环境检测的功能。

在一个机器人上建造这样的功能并没有什么技术门槛。比如：

• 可以在机器人的每个机械关节上安装传感器，检测身体的扭动角度和运动状态；
• 同时安装一个摄像头，检测外部世界物体的运动；
• 然后再用一块芯片接受两方面的信息，实时对两方面的输入加以比较就可以了。

在2015年，真的有一位来自美国伦斯勒理工学院的科学家用类似的思路，做出了一个具备“自我意识”的机器人。当然，这里的“自我意识”和人类的自我意识之间，还是有天壤之别的。

在他的实验里，三个能够编程的机器人组形成了一个简单的任务场景。

每次任务开始的时候，科学家会随机地从三个机器人中选择两个，让它们吃下一个使机器人失去发音功能的真药片，另一个机器人吃的则是一个不会有任何作用的假药片。

当然了，实际上研究者做的事情，就是在代码层面激活了两个机器人的静音功能而已。

然后，研究人员会问这三个机器人一个问题：你吃的是真药还是假药？

两个吃了真药的机器人自然是没法开口回答了，剩下一个一切正常的机器人的反应特别有趣，它会首先回答“我不知道”。

这其实是一个理性的决定，因为它确实没有能力，预先判断自己吃下的那个药片是真的还是假的。

但是，接下来非常神奇的事情就发生了。这个机器人在说完“我不知道”这句话之后，马上修改了自己的答案，说“我就是那个吃了假药的人”。

意识到自己吃了“假药”的机器人

这个实验背后的逻辑，实际上和我们讨论的黑手党思想实验，还有大脑中的镜像神经元，是非常相似的。

因为，这个机器人恰恰是在说出“我不知道”这句话之后，才立刻意识到自己实际上是可以说话的，因此，它自己就是那个吃下假药片的机器人。

所以你看，在这个过程中，机器人就需要像大脑中的镜像神经元一样，一方面采集自我状态——也就是自己有没有在说话；另一方面采集外部状态——也就是它有没有听到自己发出的声音。

它对这两个信息加以比较之后，就得出了一个结论：自己是能够说话的。

所以，至少从这个简单任务的表现上说，机器人的这个能力，确实和人类的自我意识有异曲同工之妙。

或者反过来说，不管镜像神经元是否存在，镜像神经元的逻辑，都可以用来给人工智能和机器人安装自我意识。

这个新闻当时被炒作了一番，还有不少媒体表达了惊恐的心情——连这么简单的机器人都知道自己是谁了。

当然，严肃地说，我们似乎还不用太过惊慌。这个机器人完成的任务，只需要输入几行简单的程序语言就可以了。它所能实现的自我意识——如果真的可以被叫做自我意识的话，相比咱们人类还是非常粗浅的。

而且，它的自我意识也仅仅能用来解决这个预设好的任务场景，不会自己出现，也不能自由拓展。

总结一下，今天我们讲了一个很有意思的主题，那就是自我意识可能的生物学基础——镜像神经元。

我们先从黑手党实验里找到了解释自我意识的思路，然后了解了镜像神经元。这种细胞能够对自身的动作和观察到的动作产生类似的反应，确实有点像能够触发自我意识的一种神经细胞。

最后，我们还思考了怎么人工创造一个具有自我意识的机器人。

相比机器人，咱们人类确实很厉害。不需要外界的程序输入，就能够从无到有的，在大脑中发育出丰富的自我意识来。

你想知道这个过程在人类大脑中是如何发生的吗？我们下节课会继续讨论这个问题。

留一道思考题：我们开头提过，镜像神经元是比较少见的，存在巨大争议，甚至“一科各表”的科学概念。你知道还有什么别的科学发现，直到今天还有巨大争议吗？欢迎你在留言区分享。

我们下一讲见。

镜像神经元

乐观的人认为它是塑造人类智慧最重要的物质基础，悲观的人认为它是上个世纪神经生物学最大的谎言。