科研专栏
2020年的一篇奇特报告对大脑的意识问题和通用人工智能或有启示
时间: 2021-01-07     作者: 曹立宏

在多事诡异的2020年中,有一篇科研论文刊登在《美国科学院院刊》(PNAS)上(Schubert et al., 2020),报告了一例十分奇特的病人RFS。简单地讲,他能认识数字0和1及其它英文字符,但不认识2-9这些阿拉伯数字!


当然,遇到这样的病人,科学家们是会抓住可能的机会来一探究竟的。RFS发病于2010年10月,开始出现头疼、短暂失语、视力下降、短暂失明、走路困难等症状,被诊断为皮质基底节综合征。到2011年8月,就不能识别、命名、复制和理解呈现在面前的2-9这8个阿拉伯数字了。例如,当RFS被要求复制屏幕上的橘黄色“8”字时,他先用黑色的笔画了一些线,然后用橘黄色的笔做了涂鸦,结果如下图所示:

其它实验同时也表明,RFS并没有失去数学计算能力。他认识“Five”和“VII”这样的数字形式。他还是位工程地质学家,需要常和数字打交道。医生们为他设计了一套新的数字符号,如下图。RSF用它一直工作到2014年退休。

RFS对2-9的识别功能的丧失还影响到对这些数字所占或附近空间上的其它物体的识别。例如,在下图中,RFS识别不出6中的梨,但能识别出G中的鼻子

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我们不妨停下来思考一下:如果说RFS的视觉系统出了问题,那么他怎么认识0和1及其它字母的呢?显然RFS的初级视觉系统(眼睛和初级视觉皮层)应该是没有问题的。当然,视觉系统本身也很复杂,会不会在视觉系统的高级脑区出现问题了呢?

  

研究人员采用脑电做了进一步的探究。人脸识别涉及到视觉系统的中高级脑区,在正常人的脑电上有十分明显的N170波(就是在看见人脸后的170ms处有明显脑电变化)。研究人员把一个人脸图像一个碎片化的图像嵌入到了字母H中,呈现给RFS。结果显示,RFS的脑电和正常人一样,在行为上也和正常人一样:能判别出在H字母中是否有人脸的存在(下图A)。有趣的是,当把同样的两幅图嵌入到数字8中后,呈现给RFS后观察到的结果却不同,RFS的脑电和正常人的一样!但在行为上却不一样:他分不出在数字8中哪个有人脸(下图B)

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(红线是看含有脸的脑电波,蓝线是看含有碎片化图像的脑电波)


如果说人脸识别还不能很好代表视觉系统的高级脑区,那么从初级视觉到对意识看到新奇物的判断这个过程应该包含了视觉系统的高级脑区。对于正常人,脑电中的P3b波(在550ms处)被认为是在视觉任务中当意识到不常见、奇怪的目标物出现时的一个标志。研究人员把单词CAKE做为非目标物(因为是常见单词),把TUBA这样的怪异词做为目标物,分别镶嵌在E和3中,呈现给RFS,并作脑电测量。结果再一次表示:RFS的脑电表现和正常人是一致的,但对于数字3中的内容却“视而不见”,如下图所示:


至此,我们不禁要问到底是怎样的原因使得RFS表现出如此怪异的、难以理解的行为来呢?


很多视觉意识理论都认为视觉意识是一个信号的整合过程。这样的整合过程有可能通过反馈或自反馈机制,或来自高阶表征的反馈信号。所以,对于数字意识不但需要正常的视觉信号,还需要一个具有辨识数字的信号。基于此,论文的作者提出了一种可能的解释:RFS的数字辨识信号可能出现了差错,导致和视觉信号的整合出现了问题,也就是视觉意识问题。

  

其实有关视觉意识理论至少有三种:反馈或自反馈理论、高阶理论和全局神经工作空间假设。虽然RFS的情况还不能确定或推翻其中的某个理论,但也给每个理论带来了进一步的限制条件。在这个意义上,RFS为视觉意识,乃至大脑意识的研究也已经做出了重要的贡献。


意识问题不但是一个重大的科学问题,也和人工智能密切相关。当前,以深度学习为核心的人工智能技术虽然在许多领域取得了显著进展,但离通用人工智能的目标还有很大的距离。意识到底是什么?能否实现?可否赋予人工智能?等等,都是尚待解决的问题。对意识的深入理解,对于如何发展通用人工智能也会带来更好的把控。

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笔者在拜读此论文后,心中还有一些存疑,于是写了封邮件,向论文的作者讨教了更多信息。今日得以回复,这里一并献给读者:


问题1:一致性问题。如果请RFS复制2-9中某一个数字多次时,其涂鸦结果是否具有一致性?

回答1:No! 每次都不一样,以至于有位没有参加这些具体实验的助理难以对RFS的那些涂鸦作品做任何的归类(对同一个数字没有一致性,对不同的数字的涂鸦也无法分辨)。


问题2:比较性问题。RFS所画的从0到9的涂鸦是怎样的?

回答2:RSF对2-9的涂鸦就是像文章里描述的那样,像一堆意大利空心粉。而对0和1的复制就很正常。


问题3:眼动问题。在那些图片嵌入式实验中,有没有跟踪RFS的眼动?有啥特别的迹象吗?

回答3:我们没有在实验中同时测量RFS的眼动。通常,他只是看了整幅图像,没有任何专门看嵌入图片那个位置的倾向。但有时他会觉得在某个地方有嵌入东西(但实际上没有),并去关注那个地方。


这些答案对笔者来说,虽尚未解开视觉意识谜团,但隐约感到离揭开意识之谜又近了一步,特与读者分享。如果您还有什么疑问,不妨在后台留言,一起继续关注意识问题。


参考文献:Schubert, T. M.,Rothlein, D., Brothers, T., Coderre, E. L., Ledoux, K., Gordon, B., &McCloskey, M. (2020). Lack of awareness despite complex visual processing:Evidence from event-related potentials in a case of selective metamorphopsia. Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(27), 16055-16064. doi:10.1073/pnas.2000424117



排版&校对:邓雅菱



  

大脑从何而来?大脑如何从无到有并发育成熟?基因如何控制着大脑发育的各阶段?先天的基因与后天的环境如何对大脑产生纵横交叉的影响?大脑智能是如何形成的?神经发育异常会导致哪些疾病?如果您对大脑这个神秘的器官充满好奇,欢迎阅读《构建大脑:神经发育导论》第二版,David Price等著,曹立宏等译, 2021。

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