龔能：人何以爲人——意識的生物基礎

來源：墨子沙龍

龔能 | 中國科學院神經科學研究所工程師

猴子與高級認知

尊敬的各位校友，我是98級少年班和生物系的龔能，今天很榮幸做這個報告，也很有壓力。組委會讓我講人從哪裏來要到哪裏去？這個題目壓力很大。我今天斗膽結合自己的工作，跟大家分享一下《人何以爲人》這個主題，我雖然我的題目叫人何以爲人，但其實我是研究猴子的，不是研究人的。我來自中科院神經科學研究所，我們單位還有一個名字叫中科院腦科學與智能技術卓越創新中心，因爲現在中國把大腦的腦計劃和人工智能放在一起研究，我們所和北京自動化所在一起成立智能技術卓越創新中心，希望腦科學和人工智能技術有交互啓發。我們所裏有兩個很大的靈長類的平臺，一個是獼猴平臺，我們平臺的研究員孫強他的團隊在世界上首次得到了體細胞克隆的猴。

另一個是由我管理的平臺，模型是狨猴，這種猴子非常小，可以抱在手指上。它的原產地在南美巴西。我們通過猴子模型，目的是研究人類高等的認知功能，看看猴子到底具備哪些人類具備的高級認知功能。

前面說了題目《人何以爲人》，大家應該都沒有疑問，爲什麼人是高等動物，一定是因爲我們的大腦。我們沒有鳥飛得高，沒有老虎跑得快，沒有魚會游泳，但是還是高等的動物，是大腦決定的。常規的小鼠大腦有7100萬個神經元細胞，小狨猴有6億個神經元的細胞，跟孫悟空一樣的獼猴有63億個神經元細胞，而人類大腦的神經元細胞，按照10倍10倍的數量級增加——有800多億個神經元細胞，這些神經元細胞構成了人類複雜的認知功能。人類大腦的功能分幾個不同的層次，首先有視覺、嗅覺、感覺，我們可以感知外界的信息，有這些信息輸入之後，針對輸入我們可以進行反應，有天敵過來了我們要逃跑。這種感覺和運動的基本能力所有動物都擁有，是生存所必須的能力。人類有高級認知功能，會講話，有語言，有社會，有家庭，有各種各樣高級能力，所以現在人類最主要的問題是什麼是意識。

在Science雜誌125週年，提出來125個大科學問題，排名第一的是宇宙是怎麼組成的，排名第二的是人類意識的生物基礎是什麼，大家都沒有答案。所以說意識研究是我們研究大腦的終極目標。

意識是怎麼產生的？

還是猴子的問題，人類有很多高等認知功能，比如說語言，除了人類之外，沒有別的動物有語言的能力，對於生物學家來說，就需要研究，我們相信所有能力都有進化的過程，我們從進化當中追根溯源，這樣便於找到人類高等腦功能的起源和它的神經機制，我們想人類的很多行爲是不是具備唯一性。

比如常規我們照鏡子，有自我意識，有家庭、社會，有共情，同情心，有語言的交流，這些是不是人類唯一具備的能力？還有更復雜的，比方說我們可以使用貨幣、工具、文化藝術、戰爭，各種情緒，我們可以補充人類各種各樣的高級功能，這些是不是人類唯一的特點？如果以狹義來看，定義人類的語言，或者人類某種藝術，當然是人類特有的，但是我們可以更廣義的來看，像這些語言，比如說鳴禽會唱歌，通過歌聲交流。很多動物有羣落，廣義上人類沒有一個行爲是唯一性的，我們一定可以在什麼其他動物上找到歸根溯源的起源。這是爲什麼我們研究猴子的目的，因爲猴子是我們研究大腦起源的一個途徑。

我們實驗室研究猴子的自我意識，家庭社會關係，還有語言。下面就這三個方面，結合我們實驗室工作給大家做一個介紹。

自我意識

首先什麼是自我意識？我就是我，這好像是一個哲學問題，並不是科學問題。但是我們生物學裏面有一個實驗，怎麼樣判斷這個人或者這個物體，是否具備自我意識，在四五十年以前科學家想了一個辦法：進行一個測試——標記測試。小孩臉上塗了顏料，看鏡子的時候，發現臉上一個顏色，會對着鏡子檢查顏料，代表他會照鏡子，他知道鏡子裏是自己，這是標記測試。這是目前唯一一個檢測自我意識的辦法，這個實驗有侷限性，但是沒有更好的辦法。

科學家們根據這個辦法，然後看動物是不是有這個自我意識，飼養員給紅猩猩臉上塗顏料，當它看到鏡子的時候，會用手去摸頭上的顏料，代表猩猩通過了這樣的測試，可以認爲類人猿具備自我意識。還有另外一個類人猿對着鏡子，摸自己的頭髮、臉、鼻子等等，好像會照鏡子。目前科學界裏面公認，人類和少數類人猿是公認具備自我意識的物種，這是一個非常高等的能力。除了人和類人猿之外，別的動物是不是有（自我意識）呢？科學家們做了很多試驗，比如這是一隻亞洲象，大象其實是非常聰明的物種，但是腿很粗，不可能用腿摸臉，它可以用鼻子觸摸臉上標記，它會用鼻子拍臉上的記號，但目前世界上只有一隻通過測試的大象，所以大象是否有自我意識生物學上缺乏重複，有爭議的。

另外海豚也是公認的非常聰明的物種，海豚沒有手，沒有辦法做標記測試，但是它在鏡子前搖頭晃腦，做各種各樣的動作，好像照鏡子一樣，顯得海豚也會照鏡子。還有鴿子，就是鳥類，鳥類是非常聰明的。鴿子會用嘴啄身體上的記號，變相的標誌着它也通過了測試。這些動物都有報道，但是都是個例，沒有重複性。

對於生物學來說，我們更關心猴子和類人猿，因爲猴子和人是一樣的，我們是在一支上進化的，通過研究猴子，可以研究我們人類大腦是怎麼工作的。科學家們最關心還是我們常規的獼猴是不是具備自我意識。獼猴撿到一面鏡子，一看嚇一跳，它會以爲是另外一個猴子，我們一般認爲獼猴是不會照鏡子的，不知道里面是它自己。從這個測試出現開始，在過去五十年裏面，在比較心理學這個領域裏面猴子到底會不會照鏡子，有沒有自我意識是很重要的問題。這對研究人的大腦進化是非常重要的，但是科學家們找了很多辦法都沒有成功，以前一直公認猴子沒有自我意識，但是我們是猴子實驗室，我們想到如果猴子沒有自我意識是不合理的，因爲從猴到類人猿到人類，爲什麼會突然斷掉呢？在進化上怎麼往前追溯呢。於是我們設計了一個辦法，叫視覺感覺偶聯訓練，這個訓練很簡單，我們把猴子放在鏡子前，它坐在這裏，拿一個激光筆，但是和我手裏的激光筆有點不一樣，那個光具有高能量，這個光打在猴子臉上會感覺癢，往臉上一照它會用手撓癢，前面放一面鏡子，讓猴子坐在那邊訓練，我用激光筆照它臉，它會撓激光點。同時鏡子裏的猴子也在撓點，猴子訓練以後會建立自己和鏡子裏面猴子的關聯，只要看到點就撓，訓練一個月以後，我們把激光筆換成普通的激光筆，普通的光點，這個光點不具備能量，它臉上沒有感覺，也不會覺得癢，再照，猴子會根據鏡子裏的成像去摸臉上的光點，代表它已經學會了鏡子跟自己對應的關係，通過這樣的視覺偶然訓練來判斷它是否具有自我意識。

實驗中光點一照猴子，它開始摸，摸了以後給它食物獎勵。這個訓練裏面，它依賴於感覺去摸點，不是學會的，但它學會以後，把激光筆換成普通激光筆它就會做了。學會了關聯以後是不是就會照鏡子了？剛剛文章發表以後科學界反響很大，覺得我們解決了一個大家沒有解決的問題，但是這個領域裏面很多專家質疑我們，你們這個實驗有問題的，激光筆照猴子臉它有感覺，誘導它摸自己臉，形成條件反射不停地摸臉，不一定代表它真正學會照鏡子。

爲了回應這個問題，我們設計了另外一個方案，叫視覺本體位置偶聯訓練，這個名字聽起來比較複雜，其實很簡單，我們這個時候只用低功率激光筆，不用高功率，是沒有感覺介入的，另外不照在猴子臉上，我們在猴子臉旁邊放一個紙板，激光筆照在紙板上，這個時候訓練這個猴子根據這個鏡子去摸紙板上的點，我們不再訓練它的身體，默認猴子不會用鏡子，我們現在教它怎麼用鏡子，教他會用鏡子，當這個猴子學會用鏡子之後就表示有自我意識，這是我們另外一個方案。實驗中它會對着這個鏡子摸旁邊的點，它摸得很準，這是很難的，你們可以試試看，人都不一定做得到，很難。它如果學會，代表它對鏡子的使用非常充分，知道怎麼用鏡子，表示它具有這樣的能力。

訓練過的猴子會幹什麼事情？這非常重要，因爲這等於是標記測試，在猴子臉上塗上顏料進行測試。這是近五十年來第一次有猴子可以通過標記測試。猴子臉上塗了顏料，一看趕緊摸，摸完以後聞一下是什麼東西，看一看手指。這邊是綠色顏料，它先看看，再摸一下，聞一下什麼東西，這和人的表現非常像，黑色顏料也是這樣。我們用激光筆訓練，檢測的時候猴子表現很好。

這裏有一個問題，猴子和我們人類一樣，我們人會對着鏡子梳妝打扮，很常規的反應。猴子也一樣，比如說這個猴子可能長這麼大，從來沒有看見自己的屁股，它看不見，現在會照鏡子了，會不會通過鏡子看身上自己看不見的部位？它會不會用鏡子摸摸臉、摸摸牙齒等梳妝打扮。經過訓練的猴子會摸摸臉上的毛，摸摸鼻子，摸摸牙齒，它會照鏡子梳妝打扮了，這是很典型的在照鏡子的行爲。

實驗中因爲猴子從來沒有見過屁股，所以會對着鏡子看看自己的屁股。我們在世界上第一次證明獼猴是會照鏡子的，具備自我意識。我們做了很多排除實驗和對照實驗，大家會問一個問題，猴子摸這個標記，是真的會照鏡子，還是學會了一個規則。比如我看見你，我跟你面對面，我看見你臉上有顏料，我也會摸我自己的臉，這是很簡單的規則。爲了排除這個可能性，我們做一個實驗，我們拿玻璃板，把兩隻臉上都塗了顏料的猴子隔開，如果學會的是規則，它會摸自己的臉。如果沒學會規則，知道是玻璃板，它會和另一個動物有交流。我們可以看到它們之間是在交流，並沒有摸自己的臉。但是把玻璃板換成鏡子，它開始摸臉了，這個實驗我們證明訓練過的猴子確實學會了照鏡子，它知道鏡子裏面是自己，能夠分辨是別的猴子還是自己，代表一種自我意識的體現。

這是一個行爲實驗，這個實驗更大的意義在什麼地方呢？以前大家認爲在進化裏面，人類有幾百萬年認知的缺陷，裏面有幾百萬年的空白，在這幾百萬年裏面，人類的高級腦功能是突然之間出現的，不知道怎麼出現的，進化上沒有起源。首先第一點這個實驗告訴我們，在進化上是有起源的，從獼猴開始具備自我意識，以前獼猴不會用鏡子，現在會用鏡子了，表現出有自我意識。另外，更重要的意義在於我們可以讓一個猴子，從無到有表現出自我意識來，可以對猴子的大腦環路做功能磁共振或者電生理檢查，對猴子大腦進行實時的觀測。我們從剛開始到訓練完成全過程進行監測，會知道猴子學會照鏡子之後大腦發生的變化，知道大腦裏面哪些環路和腦區負責自我意識的產生。這對意識神經機制的研究是很好的模型，但是這個實驗非常難，對清醒的獼猴做這樣的大腦記錄非常困難，我們現在還在解決這個問題，希望幾年以後有這個成果。

語言

還有語言，猴子並不太會講話，聲音非常少，主要靠動作，能否用猴子研究人類的語言？以前語言學家都是用鳥來研究語言機制，鳴禽之間通過唱歌來交流，怎麼用猴子研究這個事情呢？我們把語言的特性進行分解，語言怎麼組成的，第一，語言要有詞彙量，需要掌握足夠多的詞彙量，第二是語法，我們要用語法把不同的詞彙組成句子，比如說我要喫蘋果，語法讓詞彙組成有無限多的可能性。第三有音調，比如說升調代表疑問，降調代表肯定，所以我們可以把語言分成不同的成分，既然獼猴很少叫，我們可以研究序列，給它做一個任務，用手來指序列，這個序列代表不同的語法。

我們所裏的王立平研究員今年發表的一項工作，他讓猴子學序列。先是點A、B、C，反過來又是A、B、C，這個時候A、B、C反過來C、B、A，就是去學會序列的重複和序列的鏡像，你可以學會序列，序列代表語法的能力，這個實驗第一次證明獼猴會嵌套性的序列，接下來同樣可以做核磁實驗，做大腦機制的實驗，研究獼猴爲什麼會具備這樣的能力。這只是一個例子。

我自己主業是研究狨猴，不是獼猴，狨猴的特點是非常小，生活在巴西雨林裏面，狨猴互相之間看不見，它們在樹上靠叫聲交流，狨猴叫聲和鳥類差不多，非常豐富，唧唧喳喳的，所以狨猴是非常好的研究語言的模型。

在狨猴出生後一週，我們對它的聲音進行錄音，聲音非常複雜，沒有什麼規律，像一個小孩子的哭聲，但是出生五週後，聲音變得非常有規律。所以它的發聲是需要學習的，當它的父母給狨猴回應，給他回應越多，聲音成熟過程越快。狨猴小孩確實在聽，聽父母給它的回應，聽得越多，聲音成熟越快，它在學習這個語言。我們現在有很多像這樣的工作，我們跟中科大，科大迅飛進行合作，進行語音的分析和識別，進一步研究狨猴怎麼樣學習語言、分析語言。如果狨猴可以作爲研究語言的模型，當然比鳥好，因爲狨猴的大腦結構基本和人類一樣，可以用它研究大腦處理語言的神經基礎。

目前發現一個基因FOXP2，這個基因發現於語言障礙的病人家系，這是目前發現的唯一一個最重要的、與人類語言相關的基因，這個基因有一個特點，從齧齒類到非靈長類，到猴和類人猿都是保守的，唯獨到了人類發生了兩個突變。我們自然有一個想法，如果把猴子裏面的FOXP2，突變成人類的FOXP2，當猴子具備人類的基因之後會怎麼樣，會做什麼事情。我覺得會說話不太可能，太天方夜譚了，但是也許會獲得某些語言能力，比如說獲得更強的序列分析能力或者更強的語音能力。我們現在在做狨猴的轉基因，基因編輯的工作，我們想製備一個表達人類的FOXP2基因的狨猴，看看基因對語言的進化和起源有什麼影響。

社會關係

最後一部分我們講，人類有自我意識和語言，還有同情心。那麼動物到底有沒有同情心？看社會新聞裏面，看兩隻小狗其中一隻死了，另外一隻抱住它，很多這樣的新聞。但是這個有一點把動物進行擬人化的描述，科學上到底動物是不是有共情心，是有爭議的，不太確定，但是人類是有共情和同情心的，人類看你很痛苦，我也很痛苦，我會想着去幫你。

中國的獼猴，是有一個猴王，一個公猴猴王帶上幾十個母猴，組成大的社會羣體，母猴自己生孩子帶孩子，公猴不管小猴子，是一個父系社會。但狨猴是高度家庭化的，是一夫一妻，父母合作帶孩子的，家裏有兄弟姐妹，兄弟姐妹幫父母帶孩子。這是一個和人類很像的社會結構，狨猴提供了一個很好的研究社會關係、家庭關係、家庭內部組成的動物模型。

這個實驗中，我們把狨猴家裏的孩子關在水池對岸，大家猜狨猴的父母會不會跳過去救自己的孩子？結果很明顯，當孩子歲數小於一個月的時候，父母會非常拼命跳過去，寧願掉水裏也要把孩子救回來，當孩子大於兩個月，孩子在對岸，父母就不管了，隨便你怎麼弄。不管你了，我也不看你了，狨猴內部家庭結構的組成和人類家庭很像的關係，比方說有母性行爲，對孩子關心，對配偶關心，我們有很多數據，我們不能一一展示，還有核磁成像結果，猴子爲什麼救自己的孩子，爲什麼有年齡依賴性。

還有一個結果很有意思，當猴子自己家裏有小孩子的話，它也會救別人家的孩子，自己沒有孩子，也不會救別人家的孩子，這是母性，是很通用的規則，我們想利用狨猴或者獼猴研究人類各種高級腦功能，人類行爲其實沒有什麼特別的，沒有什麼是唯一的，我們在進化裏面一定能找到一些起源和機制。

最後，因爲主辦方給我一個任務，講人類未來怎麼樣，我提一個話題，待會兒圓桌討論可以討論這個話題。剛纔我們講，中國第一個製備出克隆猴，中國也是第一個製備出基因編輯獼猴的國家。這個實驗是我們所裏另一個工作，我們製備出世界上第一個自閉症轉基因猴模型，所以說中國在基因編輯、在轉基因上面在世界上有非常領先的技術，中國、歐洲、美國都有很多公司大家在努力，把基因編輯技術包括幹細胞技術用於人類，我想這個技術以後必然會用於人類。但是今年有一個師兄，讓基因編輯技術背了黑鍋，現在社會上都認爲基因編輯技術是妖魔化的技術，他沒有在經過很好倫理保護的情況下，實驗也並不合理的情況下面，他第一個做出基因編輯嬰兒，這個事情肯定是不對的，他沒有倫理保護，實驗也不合理。我覺得在合理的保護情況下，基因編輯技術以後一定會用於人類。我們不一定說靠技術造出一個超人，但是可以利用技術治療人類疾病，包括大腦疾病，這是很重要的方向。

腦科學與人工智能

第二部分講一下腦科學和人工智能，大家知道AlphaGO，圍棋已經戰勝人類了，作爲人工智能精準大數量學習，絕對是人類不可比擬的，隨着神經科學的發展，對大腦活動了解的越清楚，大腦的活動規律可以反過來用於人工智能的深度學習，讓人工智能可以自主學習，這樣可以有更強的能力做這件事情。但是AlphaGo再厲害，他不能自己把棋子拿起來放桌子上，他做不到，還需要人來做，我們人類可以拿起一個棋子，或者端起一杯水，再放桌子上，這些事情看起來很簡單，但是在人工智能領域很困難，我們的手能隨時感應東西的重量，感應杯子裏水的多少，平穩放桌子上，這個過程非常精細的過程。還有一個方向，是腦機接口，當人類對大腦的活動有足夠多的解碼、認識以後，我們需要用大腦去實現更多，比如殘疾人控制機械手，怎麼讓機械手做的跟人手一樣，感覺一樣靈敏、又很精確的控制，是一個很難的問題。

另外一個是禁忌的話題，當我們前面做猴子實驗，讓獼猴會照鏡子以後，我們跟北京智能化所的同事是做機器人的，他教機器人照鏡子。我想在座的做機器人人工智能的專家知道，機器人能不能有自我意識，是非常敏感的話題，非常禁忌的話題。當機器人具備自我意識以後，機器人要生存，是不是會威脅到人類，這是個很敏感的話題，是可以討論的方向，機器能不能具備意識？

最後這個話題在生物學會議上是不能討論的，是非常禁忌的話題。我們做科學、生物學，事實客觀規律就在那裏，我們的任務是爲了用方法發現這個事物的客觀規律，這是我們生物學的科學的基本唯物主義的觀點。但是越來越多的理論，認爲意識可能是量子力學的現象，比如說薛定諤的貓，宏觀疊加的效應，不知道貓是死是活，你必須依賴於你的觀測。一個通俗的例子，我進來一個黑的房間，房間是黑的，我什麼都不知道，我的意識告訴我，我需要用我感官，視覺、聽覺、嗅覺、觸覺，感受這裏面的變化，比方說我聽見一聲貓叫，我知道這裏面可能有一隻貓，這個我形成一種意識，但是下一步確定是不是還有貓，我要開燈看一下是不是有。跟量子力學裏面觀測一樣，我們人體各種感覺器官是一種觀測的辦法，當我觀測了形成結論和意識，這也是很敏感的話題。關於這個話題我沒有個人觀點，但是可以來探討。